CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A animaÃÃo de personagens virtuais à uma das Ãreas mais fascinantes em computaÃÃo grÃfica pelo fato de estar diretamente relacionada à manifestaÃÃo de vida em um ambiente virtual. Entretanto, mesmo envolvendo pesquisa em diferentes Ãreas, tais como biomecÃnica, robÃtica, dinÃmica, inteligÃncia artificial e otimizaÃÃo, e sendo bastante incentivada pelas indÃstrias cinematogrÃficas e pelas indÃstrias de jogos, gerar ferramentas de animaÃÃo capazes de produzir locomoÃÃes realistas para personagens arbitrÃrios, de maneira automÃtica, à extremamente difÃcil, e muita pesquisa ainda à necessÃria. Simular a fÃsica presente no mundo real e entender como animais utilizam seus prÃprios aspectos fÃsicos para se locomover à de fundamental importÃncia para animar tais personagens arbitrÃrios de maneira natural, jà que capturar movimentos nem sempre à possÃvel. Particularmente, esse problema se destaca ainda mais quando se deseja gerar locomoÃÃo para animais extintos ou completamente fictÃcios. De fato, à intuitivo que existe alguma relaÃÃo entre a forma de um animal e a maneira como ele se locomove. Por outro lado, gerar locomoÃÃo usando abordagens dinÃmicas à bastante desafiador porque a qualidade visual e o estilo da locomoÃÃo estÃo integralmente associados ao papel bÃsico do controlador em fazÃ-la funcionar. Este trabalho propÃe um mÃtodo de descriÃÃo e de controle de locomoÃÃes, baseado na hipÃtese que animais reais exploram suas estruturas elÃsticas passivas atravÃs de excitaÃÃes internas correspondentes Ãs suas vibraÃÃes naturais de mais baixas frequÃncias, para se locomover de maneira energeticamente eficiente. Disponibilizando uma paleta composta pelos modos naturais de vibraÃÃo do prÃprio personagem simulado, uma interface visual permite que o animador guie a locomoÃÃo final atravÃs da seleÃÃo e da combinaÃÃo interativa dessas vibraÃÃes. A partir do esboÃo da locomoÃÃo fornecido pelo animador, uma otimizaÃÃo baseada em simulaÃÃo à realizada sobre os parÃmetros do controlador a fim de produzir automaticamente uma locomoÃÃo cÃclica e fisicamente correta, considerando o efeito da gravidade e a influÃncia do chÃo. Essa decomposiÃÃo modal da dinÃmica do personagem permite que a locomoÃÃo seja definida em um espaÃo de controle reduzido e dinamicamente independente, o que facilita o processo de otimizaÃÃo. Como resultado, o sistema de animaÃÃo proposto consiste em uma ferramenta Ãtil de controle, capaz de produzir uma grande variedade de estilos de locomoÃÃo para personagens articulados arbitrÃrios, com diferentes morfologias.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho tem o objetivo geral de descrever os gÃneros multimodais animados (GEMUA), considerando seus aspectos enunciativos e sua natureza multimodal. A pesquisa caracteriza-se epistemologicamente como interpretativa, de base empÃrica e de carÃter indutivo no sentido lato do termo. Ã luz dos pressupostos de Bakhtin (2006, 2003, 2002) sobre a relaÃÃo sujeito e linguagem e gÃneros discursivos, dos estudos sobre multimodalidade de Kress & van Leeuwen (1996), Kress (2010) e das discussÃes teÃricas acerca dos elementos nÃo-linguÃsticos na comunicaÃÃo humana de Fiorillo e Torres (2003), Cestero (1999), Poyatos (1994), Davis (2009), Albaladejo (2007) e Marcushi (1986), esta pesquisa se concentra em buscar respostas para a seguinte problemÃtica: como se caracterizam os gÃneros multimodais animados? O estudo do corpus, gÃneros multimodais animados, mostrou que ele apresenta dois possÃveis caminhos de observaÃÃo: o eixo da composiÃÃo e o eixo do funcionamento. A tese concentra a anÃlise no eixo da composiÃÃo, cujos dados mostraram que os GEMUA precisam ser analisados partindo de aspectos (i) linguÃsticos, (ii) sonoros, (iii) proxÃmicos, (iv) cinÃsicos e (v) imagÃticos. A maneira encontrada para operacionalizar os parÃmetros de observaÃÃo foi elaborar um fichamento analÃtico e submeter cada uma das 150 amostras do corpus discretizando cada aspecto composicional. A anÃlise mostrou que os GEMUA sÃo gÃneros que apresentam composiÃÃo altamente dinÃmica e plÃstica, alÃm de indicar a rica potencialidade desses gÃneros em mÃltiplos contextos sÃcio-discursivos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho, Ã proposta uma representaÃÃo de controladores que utiliza sensores de alto nÃvel e tem uma estrutura geral e intuitiva que disponibiliza vÃrios tipos de parÃmetros para o animador. Essa estrutura permite, de acordo com a retroalimentaÃÃo de seus sensores, que vÃrias mÃquinas de estados atuem simultaneamente no modelo, ou em subconjuntos de seus atuadores. TambÃm permite que, durante seu projeto, procedimentos com instruÃÃes gerais, de acordo com o movimento desejado, possam ser definidos e adequadamente associados a ela pelo animador, para serem executados automaticamente pelo controlador durante a simulaÃÃo dinÃmica. / We propose an improved representation of controllers which uses high-level sensors and possess a general and intuitive structure that offers the animator several types of parameters to manipulate. This structure, with the feedback signals provided by its sensors, allows that several state machines act simultaneously on the model, or in a subset of its actuators. It also permits that procedures with general instructions, in accordance with a specified motion, be defined during its design phase and be adequately associated with it by the animator, in order to be automatically executed by the controller during the dynamic simulation

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Neste trabalho à apresentado um sistema de controle baseado em fÃsica para personagens bÃpedes, em um ambiente simulado, utilizando movimentos de referÃncia. O controle consiste em dois componentes: o controle Derivativo-Proporcional para imitar as caracterÃsticas angulares das juntas e o controle de equilÃbrio atrÃves da Jacobiana Transposta composta pelo momento angular e linear no centro de massa do personagem, utilizando todas as partes do seu corpo. O sistema à simples de implementar e todas as constantes sÃo determinadas pelo usuÃrio. Um modelo de contado aplicado a um modelo simplificado de pà confere ao controlador a capacidade de fazer com que o personagem siga movimentos de locomoÃÃo ou modifique sua postura parada, em ambos os casos, adaptando-se a perturbaÃÃes externas. A robustez do controlador à demonstrada atravÃs de uma diversidade de movimentos tais como: caminhar para frente e para trÃs, agachar e levantar, dar socos e chutes, e jogar capoeira. Todos esses movimentos apresentam uma dinÃmica natural. / This work presents a physics-based controlling system for bipeds Characters in a simulated environment, using reference motions. It consists of two components: Proportional- Derivative Control to mimic angular joints characteristics and balance control through the Transpose Jacobian composing for angular and linear momentum in the center of mass from caracter, using all parts of its body. The system is simple to implement and all the constants are determined by the user. The contact model aplied to the simplified foot model, confers to controller the ability to make the character follow locomotion movements or modify their stop posture, in both cases, adapting to external perturbations. The robustness of the controller is shown through a variety of movements such as walking front and back, squatting and raising, bowing, kicking and dancing capoeira. All these movements have a natural dynamics.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A animaÃÃao por dinÃmica direta consiste em sintetizar os movimentos de um modelo a partir da especificaÃÃo de suas propriedades fÃsicas (massa e momento de inÃrcia), das condiÃÃes de vÃnculo entre suas partes componentes, das condiÃÃes de contato com outros corpos e das forÃas que nele atuam. Essa abordagem tem a vantagem de gerar animaÃÃes com realismo fÃsico. O problema, que continua relevante como objeto de investigaÃÃo, à o de controle do modelo: âQue forÃas devem ser aplicadas ao modelo para gerar o movimento desejado?â. A soluÃÃo do problema proposto apresentada neste trabalho assume que o modelo estudado constitui-se de uma estrutura de corpos rÃgidos articulados cujos movimentos sÃo gerados por atuadores internos, com suas forÃas definidas por um sistema nervoso. Com o uso de redes neurais artificiais e computaÃÃo evolucionÃria, o controlador proposto à capaz de adaptar-se para controlar diferentes modelos articulados, e para gerar variados tipos de movimentos enquanto mantÃm a estabilidade mesmo quando hà pequenas variaÃÃes do terreno. O modelo proposto possui, em seu nÃcleo, um gerador central de padrÃes (CPG - Central Pattern Generator) baseado em osciladores neurais, e o mesmo tem sua atividade regulada por mÃdulos sensoriais, para permitir o equilÃbrio da estrutura e estabilidade do movimento, respondendo Ãss variaÃÃes do ambiente. Para a adaptaÃÃo à estrutura articulada e aprendizagem de movimentos, o controlador possui ainda um mÃdulo cognitivo, responsÃvel pela busca dos parÃmetros neurais, atravÃs de algoritmos genÃticos, e das redes de retroalimentaÃÃo (sensoriamento), com programaÃÃo genÃtica. Resultados sÃo apresentados em associaÃÃo ao controle dos modelos humanÃide, cheetah, sapo, luxo e luxo-2, sendo esses dois Ãltimos iguais topologicamente, mas com variaÃÃes nos tamanhos dos corpos e liberdade das juntas. Todos os modelos sÃo testados em terreno plano e com rampa. / Direct dynamics animation consists of synthesizing the movements of a model from the specification of its physical properties (mass and moment of inertia), the conditions of bond between its contracting parties, the conditions of contact with other bodies and the forces that acts on it. This approaching has the advantage to generate animations with physical realism. The problem, that continues relevant as inquiry object, is the control of the model: âWhat forces must be applied to the model to generate the desired movement?â. The solution of the problem, presented in this work, assumes that the studied model consists of a structure of rigid link bodies whose movements are generated by internal actuators, with its forces defined by a nervous system. With use of artificial neural networks and evolutionary computation, the proposed controller is capable of adapting itself to control different articulated models, and to generate varied types of movements while it keeps the stability even with small variations of the terrain. The presented model possesses, in its core, a Central Pattern Generator (CPG) based on neural oscillators, that has their activities regulated by the sensorial module, to allow the balance of the structure and stability of the movement, responding to environment variations. For the adaptation to the articulated structure and learning of movements, the controller has a cognitive module, responsible for the search of neural parameters, through genetic algorithms, and the feedback networks (sensorial answers to environment variations), with genetic programming. Results are presented related to the control of models humanoid, cheetah, frog, luxo and luxo-2, having these last two ones equal topologies, but with variations in the sizes of the bodies and freedom of the joints. All the models are tested in plain land and with slope.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O senso de imersÃo do usuÃrio em um ambiente virtual requer nÃo somente alta qualidade visual grÃfica, mas tambÃm comportamentos adequados por parte dos personagens virtuais, isto Ã, com movimentos e aÃÃes que correspondam Ãs suas caracterÃsticas fÃsicas e aos eventos que ocorrem em seu meio. Nesse contexto, percebe-se o papel fundamental desempenhado pelo modo como os agentes se comportam em aplicaÃÃes de RV. O problema que permanece em aberto Ã: âComo obter comportamentos autÃnomos naturais e realistas de personagens virtuais?â. Um agente à dito autÃnomo se ele for capaz de gerar suas prÃprias normas (do grego autos, "a si mesmo", e nomos, "norma", "ordem"). Logo, autonomia implica em aÃÃes realizadas por um agente que resultam da estreita interaÃÃo entre suas dinÃmicas internas e os eventos ocorrendo no ambiente ao seu redor, ao invÃs de haver um controle externo ou uma especificaÃÃo de respostas em um plano prÃ-definido. Desse modo, um comportamento autÃnomo deveria refletir os detalhes da associaÃÃo entre o personagem e o ambiente, implicando em uma maior naturalidade e realismo nos movimentos. Assim, chega-se à proposta de que um comportamento à considerado natural se ele mantÃm coerÃncia entre o corpo do personagem e o ambiente ao seu redor. Para um observador externo, tal coerÃncia à percebida como comportamento inteligente. Essa noÃÃo resulta do atual debate, no campo da InteligÃncia Artificial, sobre o significado da inteligÃncia. Baseado nas novas tendÃncias surgidas dessas discussÃes, argumenta-se que o nÃvel de coerÃncia necessÃrio a um comportamento natural apenas pode ser alcanÃado atravÃs de tÃcnicas de emergÃncia. AlÃm da defesa conceitual da abordagem emergentista para a geraÃÃo de comportamento de personagens virtuais, este estudo apresenta novas tÃcnicas para a implementaÃÃo dessas ideias. Entre as contribuiÃÃes, està a proposta de um novo processo de codificaÃÃo e evoluÃÃo de Redes Neurais Artificiais que permite o desenvolvimento de controladores para explorar as possibilidades da geraÃÃo de comportamentos por emergÃncia. TambÃm à explorada a evoluÃÃo sem objetivo, atravÃs da simulaÃÃo da reproduÃÃo sexuada de personagens. Para validar a tese, foram desenvolvidos experimentos envolvendo um robà virtual. Os resultados apresentados mostram que a auto-organizaÃÃo de um sistema à de fato capaz de produzir um acoplamento Ãntimo entre agente e ambiente. Como consequÃncia da abordagem adotada, foram obtidos comportamentos bastante coerentes com as capacidades dos personagens e as condiÃÃes ambientais, com ou sem descriÃÃo de objetivos. Os mÃtodos propostos se mostraram sensÃveis a modificaÃÃes do ambiente e a modificaÃÃes no sensoriamento do robÃ, comprovando robustez ao gerar cÃrtices visuais funcionais, seja com sensores de proximidade, seja com cÃmeras virtuais, interpretando seus pixels. Ressalta-se tambÃm a geraÃÃo de diferentes tipos de comportamentos interessantes, sem qualquer descriÃÃo de objetivos, nos experimentos envolvendo reproduÃÃo simulada. / The userâs sense of immersion requires not only high visual quality of the virtual environment, but also accurate simulations of dynamics to ensure the reliability of the experience. In this context, the way the characters behave in a virtual environment plays a fundamental role. The problem that remains open is: âWhat needs to be done for autonomous virtual characters to display natural/realistic behaviors?â. A behavior is considered autonomous when the actions performed by the agent result from a close interaction between its internal dynamics and the circumstantial events in the environment, rather than from external control or specification dictated by a predefined plan. Thus, an autonomous behavior should reflect the details of the association between the character and its environment, resulting in greater naturalness and realistic movements. Therefore, it is proposed that the behavior is considered natural if it maintains coherence between the characterâs body and the environment surrounding it. To an external observer, such coherence is perceived as intelligent behavior. This notion of intelligent behavior arose from a current debate, in the field of Artificial Intelligence, about the meaning of intelligence. Based on the new trends that came out from those discussions, it is argued that the level of coherence required for natural behavior in complex situations can only be achieved through emergence. In addition to the conceptual support of the emergentist approach to generating behavior of virtual characters, this study presents new techniques for implementing those ideas. A contribution of this work is a novel technique for the enconding and evolution of Artificial Neural Networks, which allows the development of controllers to explore the possibilities of generating behaviors through emergence. Evolution without objective description is also explored through the simulation of sexual reproduction of characters. In order to validate the theory, experiments involving a virtual robot were developed. The results show that self-organization of a system is indeed able to produce an intimate coupling between agent and environment. As a consequence of the adopted approach, it were achieved behaviors quite consistent with the characterâs capabilities and environmental conditions, with or without description of objectives. The proposed methods were sensitive to changes in the environment and in the robotâs sensory apparatus, proving robustness on generating functional visual cortices, either with proximity sensors or with virtual cameras, interpreting its pixels. It is also emphasized the generation of different types of interesting behaviors, without any description of objectives, in experiments involving simulated reproduction.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A animaÃÃo de tecido vem sendo estudada abundantemente nas Ãltimas dÃcadas por haver demanda na indÃstria do entretenimento bem como no comÃrcio eletrÃnico de roupas. Esse tipo de animaÃÃo, na maioria das vezes, à feita com base em simulaÃÃo fÃsica, havendo muito gasto computacional. Esse trabalho tenta usufruir de vÃrios modelos para diminuir esse gasto. à feito uma modelagem do tecido com uma malha triangular e usa-se um modelo massa-mola-amortecedor para simular as forÃas entre as partÃculas, que sÃo os vÃrtices dessa malha. Dependendo da disposiÃÃo do modelo do tecido e dos objetos da cena, sÃo detectadas colisÃes entre eles. A malha à discretizada ou simplificada, levando em consideraÃÃo a compressÃo, a colisÃo e a curvatura das molas, para que seja usada uma malha boa em cada passo ao longo da animaÃÃo. Portanto, o objetivo principal desse trabalho à estudar o comportamento do tecido utilizando o modelo de remalhamento para adaptar essa malha. / In the last decades, cloth animation has been the focus of much research, due to demands from the entertainment industry and from e-commerce. That type of animation is most often the result of a physics-based simulation and has a great computational cost. This work investigates how to reduce the computational cost of the simulation, by refining the mesh only in regions that need a fine level of detail. The fabric model consists of a triangular mesh and uses a spring-mass-damper system to compute the forces among the particles, which are located at the meshâs vertices. The collision detection depends on the arrangement of the cloth model and the objects in the scene. The mesh is refined or simplified, taking into account the spring compression, collision and curvature, so the simulation uses a better mesh every time step. Therefore, this workâs main objective is to study the dynamic behavior of cloth, using a remeshing procedure in order to adapt the mesh.