There is currently little research about how the aesthetics of a game affects the perceived PX. Especially, the aesthetics of the individual 3D game components, such as characters, enemies and environmental objects. This thesis project studies different design principles and approaches to create 3D game components. These are used in practice to create 3D game components for a video game. The 3D game components are evaluated with qualitative and quantitative methods, with the intention to find a method for creating 3D game components that evoke a certain PX. The results show that it is possible to create 3D game components that evoke positive emotions, by using color psychology, animation theory and by designing from the developers own feelings and experiences.

Abstract The report investigates computer generated (CG) lighting techniques with a focus on the rendering of interior architectural visualisations. With rapid advancements in CG technology, the demand and expectation for greater photorealism in visualisations are increasing. The tools to achieve this are widely available and fairly easy to apply; however, renderings on a local scale are still displaying functionality and lack visual appeal. The research discusses how design principles and aesthetics can be used effectively to create visual interest and display mood in the visualisation, with strong attention to the elements that are defined as the fundamentals in achieving photorealism. The focus is on a solid understanding of CG lighting techniques and principles in order to achieve high quality, dynamic visualisations. Case studies examine the work of lighting artist James Turrell and 3D artist Jose Pedro Costa and apply the findings to a creative project, encompassing the discussions in the report. The result is the completion of three photorealistic renderings of an interior visualisation, using different CG lighting techniques to convey mood. The research provides a platform for specialisation in the 3D environment and encourages a multidisciplinary approach to learning.

Background To be able to push game standards further and further, different graphics techniques have to be implemented by game developers. By utilizing some of those techniques, comes cost in the form of performance issues. Level of detail (LOD) is an optimization technique which uses several different variations of a model and distance from the viewer to determine which model should be rendered. Shadow mapping is, on the contrary from level of detail, a costly technique which aims to create as realistically looking shadows as possible. Objectives The aim of this thesis is to examine whether a novel LOD technique and shadow map technique called LOD-SM can achieve less render time versus using a standard implementation of shadow mapping. This is achieved by using the Unity game engine in which the LOD-SM technique is implemented. With Unity, measurements will be taken to determine if the technique is a viable optimization option in future game development. Methods The methods used to answer the paper’s research question were a pilot user study and a performance study. 20 participants were part of the pilot study, and were asked to rate their perception of shadows shown on a screen in front of them. This yielded results of which shadows the participants noticed differences for. The results were then implemented into Unity and measured with the LOD-SM technique. Results The pilot study showed that user does not notice any differences in 30% decreased polycount-shadows when in a multiple building environment. The gathered results from the performance experiment showed that the LOD-SM technique saved between ∼17% up to ∼70% in render time, compared to a regular implementation of shadow mapping. Conclusions In conclusion, a viable optimization option was found which is to lower a shadow maps appearance based on buildings LODs because as the results has shown, users does not notice the lowering of LODs up to 30% when in a multiple building area. It was discovered that by measuring the LOD-SM technique, clear evidence of optimization was found when using the technique versus using a normal implementation of shadow mapping. Developers would have to consider the size of project and its models before implementing the LOD-SM technique, as it might not be viable for projects with a total polycount of less than 100 000 polygons.

[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] Na última década em Computação Gráfica, foram desenvolvidas várias técnicas de simulação do comportamento de objetos como corpos rígidos, água, fumaça, cabelo e tecido. Enquanto essas técnicas se concentram em modelos físicos simplificados através de fluidos newtonianos monofásicos ou de sólidos ideais, propomos aqui novas técnicas de simulação de fluidos viscoplásticos e multifásicos baseadas numa abordagem lagrangeana da equação de quantidade de movimento. Essas técnicas consistem na discretização do fluido através de um sistema de partículas ao invés dos tradicionais métodos baseados em malhas. A simulação computacional da dinâmica de fluidos é feita utilizando o método numérico conhecido como SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). Nessa tese, representamos um material viscoplástico como um fluido não-newtoniano que varia entre os estados sólido e líquido, e de alta para baixa viscosidade dependendo de uma força externa aplicada ao material ou de sua própria temperatura. A simulação de fluidos multifásicos é realizada através de um método híbrido malha-partícula a fim de garantir a incompressibilidade no método SPH. / [en] In the last decade in Computer Graphics, they were development many techniques to simulate the behavior of objects such as rigid bodies, water, smoke, hair and cloth. While these techniques focus in simplifled physical models through monophase fluids or ideal solids, we propose new simulation techniques of viscoplastic and multiphase fluids based on a lagrangian approach of momentum equation. These techniques consist in the fluid discretization through particles system instead of traditional grid-based methods. The computational fluid dynamics is performed using the method called SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). In this thesis, we represent a viscoplastic material like a non-newtonian fluid that it varies between solid and liquid states, and from low to high viscosity depending on the external force applied on material or its own temperature. The simulation of multiphase fluids is made using a hybrid method grid- particle to guarantee the incompressibility of SPH method.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1981. / Bibliography: leaves 105-107. / by Vincent C. Lin. / Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1981.

Com o surgimento das mídias eletrônicas e os processos de produção digital, sobretudo com o desenvolvimento dos programas de simulação espacial e de relacionamento social em realidade virtual e a crescente utilização do ciberespaço como território de suporte a estes fenômenos de existência imaterial, abriu-se vários caminhos em direção à transformação dos resultados únicos e previsíveis, contidos nos processos analógicos de produção, para um universo de exploração de resultados latentes, cuja potencialidade produtiva está na exploração da condição do inacabado, do transitório, do não plenamente definido e sua flexibilidade para ágil transformação. Esta nova condição sócio-digital, fez surgir situações exploratórias que testam os limites da ação produtiva do design e da arquitetura, onde o meio digital é base para a construção de objetos e espaços. A partir desta nova condição de produção de objetos e espaços sem objetivar a materialidade física, a ação produtiva se torna mais complexa, uma vez que os resultados são possibilidades ao invés de certezas e a ação de intervenção do usuário é parte determinante do resultado final e da percepção sobre estes. No mesmo tempo que traz relações complexa à condição produtiva, a imaterialidade dos resultados nos meios digitais permite, ao design e à arquitetura, explorar uma reserva de possibilidades direcionadas ao sensorium humano. Dentro contexto, esta tese se desenvolve centrada na hipótese de que, se é condição básica da arquitetura prover espaços que permitam, no mínimo, a ação humana em seu interior e a possibilidade de interação com os objetos ali presentes, a partir dos conceitos de espacialização e representação associados à produção arquitetônica, os espaços obtidos por meio da simulação em realidade virtual tornam-se potencializadores agentes de novos significados e o ciberspaço, mais um território a ser explorado pela arquitetura e pelo design. / With the advent of the electronic media and the processes of digital production, especially with the development of softwares for space simulation and social networking in virtual reality, and the growing use of cyberspace as a supporting territory for these phenomena of immaterial existence, multiple paths were open toward the transformation of the single and predictable results, contained in the analogical processes of production, to a whole of latent result exploitation, whose productive power is under the unfinished condition, the transitory, the undefined and its flexibility to an agile transformation. This new social-digital condition has brought exploring situations that test the limits of the productive action of design and architecture, where the digital environment is the basis for building objects and spaces. From this new condition of producing objects and spaces without aiming the physical materiality, the productive action becomes more complex, since the results are possibilities rather than certainties, and the user intervention is determinative for the final result and perception of those. At the same time it brings complex connections to the productive action, the immateriality of the result in the digital environment allows, in the fields of architecture and design, the exploitation of a range of possibilities for the human sensorium. Within this context, this thesis focuses on the assumption that, if providing spaces that allow, at least, the human action in its interior and the possibility of interaction with the existent objects is a basic condition of architecture, from the definitions of spatiality and representation related to the architectural production, the spaces obtained by simulations in virtual reality become powering agents of the new meanings and the cyberspace, another territory to be explored by the architecture and the design.

Visual analytics tools play an important role in the scenario of big data solutions, combining data analysis and interactive visualization techniques in effective ways to support the incremental exploration of large data collections from a wide range of domains. One particular challenge for visual analytics is the analysis of multidimensional datasets, which consist of many observations, each being described by a large number of dimensions, or attributes. Finding and understanding data-related patterns present in such spaces, such as trends, correlations, groups of related observations, and outliers, is hard. Dimensionality reduction methods, or projections, can be used to construct low (two or three) dimensional representations of high-dimensional datasets. The resulting representation can then be used as a proxy for the visual interpretation of the high-dimensional space to efficiently and effectively support the above-mentioned data analysis tasks. Projections have important advantages over other visualization techniques for multidimensional data, such as visual scalability, high degree of robustness to noise and low computational complexity. However, a major obstacle to the effective practical usage of projections relates to their difficult interpretation. Two main types of interpretation challenges for projections are studied in this thesis. First, while projection techniques aim to preserve the so-called structure of the original dataset in the final produced layout, and effectively achieve the proxy effect mentioned earlier, they may introduce a certain amount of errors that influence the interpretation of their results. However, it is hard to convey to users where such errors occur in the projection, how large they are, and which specific data-interpretation aspects they affect. Secondly, interpreting the visual patterns that appear in the projection space is far from trivial, beyond the projections ability to show groups of similar observations. In particular, it is hard to explain these patterns in terms of the meaning of the original data dimensions. In this thesis we focus on the design and development of novel visual explanatory techniques to address the two interpretation challenges of multidimensional projections outlined above. We propose several methods to quantify, classify, and visually represent several types of projection errors, and how their explicit depiction helps interpreting data patterns. Next we show how projections can be visually explained in terms of the highdimensional data attributes, both in a global and a local way. Our proposals are designed to be easily added, and used with, any projection technique, and in any application context using such techniques. Their added value is demonstrated by presenting several exploration scenarios involving various types of multidimensional datasets, ranging from measurements, scientific simulations, software quality metrics, software system structure, and networks. / Ferramentas de análise visual desempenham um papel importante no cenário de soluções para grandes volumes de dados (big data), combinando análise de dados e técnicas interativas de visualização de forma eficaz para apoiar a exploração incremental de coleções de dados em diversos domínios. Um desafio importante em análise visual é a exploração de conjuntos de dados multidimensionais, que consistem em muitas observações, sendo cada uma descrita por um grande número de dimensões, ou atributos. Encontrar e compreender os padrões presentes em tais espaços, tais como tendências, correlações, grupos de observações relacionadas e valores extremos, é difícil. Técnicas de redução de dimensionalidade ou projeções são utilizadas para construir, a partir de conjuntos de dados multidimensionais, representações de duas ou três dimensões que podem então ser utilizadas com substitutas do espaço original para sua interpretação visual, apoiando de forma eficiente as tarefas de análise de dados acima mencionadas. Projeções apresentam vantagens importantes sobre outras técnicas de visualização para dados multidimensionais, tais como escalabilidade visual, resistência a ruídos e baixa complexidade computacional. No entanto, um grande obstáculo para o uso prático de projeções vem da sua difícil interpretação. Dois principais tipos de desafios de interpretação de projeções são estudados nesta tese. Em primeiro lugar, mesmo que as técnicas de projeção tenham como objetivo preservar, na representação final, a estrutura do conjunto de dados original, elas podem introduzir uma certa quantidade de erros que influenciam a interpretação dos seus resultados. No entanto, é difícil transmitir aos usuários onde tais erros ocorrem na projeção, quão severos eles são e que aspectos específicos da interpretação dos dados eles afetam. Em segundo lugar, interpretar os padrões visuais que aparecem em uma projeção, além da percepção de grupos de observações semelhantes, está longe de ser trivial. Em particular, é difícil explicar tais padrões em termos do significado das dimensões dos dados originais. O trabalho desenvolvido nesta tese concentra-se no projeto e desenvolvimento de novas técnicas visuais explicativas para lidar com os dois desafios de interpretação de projeções multidimensionais descritos acima. São propostos alguns métodos para quantificar, classificar e representar visualmente diversos tipos de erros de projeção, e é descrito como essas representações explícitas ajudam na interpretação dos padrões dos dados. Além disso, também são propostas técnicas visuais para explicar projeções em termos dos atributos dos dados multidimensionais, tanto de forma global quanto local. As propostas apresentadas foram concebidas para serem facilmente incorporadas e usadas com qualquer técnica de projeção e em qualquer contexto de aplicação. As contribuições são demonstradas pela apresentação de vários cenários de exploração, envolvendo vários tipos de conjuntos de dados multidimensionais, desde medições e simulações científicas até métricas de qualidade de software, estruturas de sistema de software e redes.

A Computação Gráfica, área em franco desenvolvimento, têm caminhado em busca da geração, cada vez mais rápida, de imagens mais realísticas. Os algoritmos que permitem a síntese de imagens realísticas demandam alto poder computacional, fazendo com que a geração deste tipo de imagem, de forma rápida, requeira o uso de computadores paralelos. Hoje, a técnica que permite gerar as imagens mais realísticas é o "ray tracing" . Os multicomputadores, por sua vez, são a arquitetura de computadores paralelos mais promissora na busca do desempenho computacional necessário às aplicações modernas. Esta dissertação aborda o problema da implementação do algoritmo de "ray tracing" em multicomputadores. A paralelização desta técnica para uso em computadores paralelos de memória distribuída pode ser feita de muitas formas diferentes, sempre envolvendo um compromisso entre a velocidade de processamento e a memória utilizada. Neste trabalho conceitua-se este problema e introduz-se ferramentas para a avaliação de soluções que levam em consideração a eficiência de processamento e a redundância no uso de memória. Também é apresentada uma nova taxonomia que, além de permitir a classificação de propostas para implementações de "ray tracing" paralelo, orienta a procura de novas soluções para este problema. O desempenho das soluções em cada classe desta taxonomia é avaliado qualitativamente. Por fim, são sugeridas novas alternativas de paralelização do algoritmo de "ray tracing" em multicomputadores. / Computer Graphics is headed today towards the synthesis of more realistic images, in less time. The algorithms used for realistic image synthesis demand high computer power, so that the synthesis of this kind of image, in short periods of time, requires the use of parallel computers. Nowadays, the technique that yields the most realistic images is ray tracing. On its turn, multicomputers are the most promising parallel architecture for reaching the performance needed in modern applications. This dissertation is on the problem of implementing the ray tracing algorithm on multicomputers. The parallelization of this technique on distributed memory parallel computers can take several forms, always involving a compromise between speed and memory. In this work, this problem is conceptualized and tools for evaluation of solutions that account for efficiency and redundancy, are introduced. It is also presented a new taxonomy that can be used for both the classification of parallel ray tracing proposals and for driving the search of new solutions to this problem. The performances of entries in each class of the taxonomy are qualitatively assessed. New alternatives for parallelizing the ray tracing algorithm on multicomputers, are suggested.

A reconstrução facial, também conhecida como aproximação facial, é conhecida e realizada há muito tempo por profissionais da medicina forense e de áreas antropológicas. No caso da medicina forense, por exemplo, ela pode ser bastante útil quando não existem indícios que viabilizem a identificação do individuo por meios considerados de maior precisão, como por exemplo, exame de DNA ou de arcos dentários. Outra aplicação possível é auxiliar aos investigadores na redução do número de sujeitos (soluções) possíveis em casos de indivíduos não identificados, viabilizando a aplicação de exames de maior precisão. Existem vários métodos utilizados para a reconstrução facial, que pesquisadores constantemente buscam melhorar e aperfeiçoar. Esses métodos podem ser classificados em reconstrução facial por meio de imagens 2D ou reconstrução facial por meio de objetos 3D. Dentre esses métodos, podemos encontrar a reconstrução facial que faz uso de ferramentas de computação gráfica em 3D que pode ser realizada tanto na forma manual, onde ferramentas de computação gráfica simulam ferramentas utilizadas no mundo real no processo de reconstrução facial, ou na forma automatizada, onde o usuário informa ao software alguns dados como sexo, idade e etnia e a máquina realiza todo o processo de reconstrução facial. A proposta desse trabalho foi de aplicar técnicas de modelagem e de inserção de medidas de tecidos moles em um modelo 3D de crânio, de forma a validar o uso da computação gráfica como ferramenta de auxilio ao reconhecimento facial em procedimentos de medicina forense. O modelo de crânio foi reconstruído a partir de imagens obtidas por exame de tomografia computadorizada de um crânio real. Foi realizado um estudo de caso de um cadáver exumado de uma pessoa que possuía o registro de imagem em vida e utilizados dados de medidas de tecidos moles da face de brasileiros. Os testes foram realizados manualmente utilizando ferramentas de computação gráfica em 3D, atualmente disponíveis e os resultados avaliados de forma quantitativa. Os testes quantitativos foram realizados de forma a comparar os relevos 3D das reconstruções de face com interpolação e sem interpolação de pontos craniométricos e para diferentes padrões de tecidos moles. / The facial reconstruction, also known as facial approximation, is performed for centuries by forensic medicine professionals and anthropological areas researchers. In the forensic medicine, for example, it is used when there is no evidence that allows the identification of the individual by considered accurate means, such as DNA testing or dental records. Thus, the purpose of facial reconstruction is to assist researchers in reducing the number of possible unidentified people, therewith allowing the use of accurate tests. There are several methods used for facial reconstruction and researchers are constantly seeking to refine and improve. Then, these methods can be classified as facial reconstruction using 2D images or 3D objects. Among these methods, we can find the facial reconstruction that uses 3D computer graphics tools. This method can be performed both in manual form, where computer graphics tools are used in simulating the real world tools in the facial reconstruction process, or the automated way, where the user input data such as gender, age and ethnicity and the machine performs the entire process of facial reconstruction. The work purpose is to apply modeling techniques and the inclusion of soft tissues measures in 3D skull model, to validate the computer graphics use as a tool to aid the facial recognition in forensic medicine procedures. The skull model was reconstructed from computed tomography. Thus, we performed a study case of an exhumed body, who had the image registration in life as well as soft tissue measures data of the Brazilians faces. The tests were performed using manually 3D computer graphics tools currently available and the results were evaluated both quantitatively. The quantitative tests were performed comparing the surfaces of 3D reconstructions with interpolated and no interpolated craniometric points and to different soft tissues patterns.