[pt] Esta dissertação analisa as transições de usos pelas quais passaram as técnicas de reprodução de imagens. São identificadas as diferentes roupagens funcionais assumidas por tais fazeres e, dentre elas, privilegiadas as abordagens especificamente artísticas: aquelas que se valem de técnicas que perderam sua utilização funcional e aquelas que se apropriam de técnicas até então marcadas estritamente por esta funcionalidade. Nesse contexto, é então estudada a atuação da Lithos Edições de Arte, oficina gráfica fundada em 1973, no Rio de Janeiro. Ao longo de 35 anos, a Lithos vem trabalhando junto a importantes nomes das artes brasileiras, oferecendo-os a possibilidade de realizar trabalhos em série em serigrafia e litografia. Desde 2005, esta oficina realiza uma pioneira experiência com a nova técnica de gravação digital de matrizes de off-set, o CTP, computer-to-plate. Desenvolvidas e direcionadas para a industria gráfica, na Lithos, essas matrizes são adaptadas e impressas em uma prensa litográfica Marinoni, do século XIX. / [en] This dissertation analyzes the transitions of uses that the techniques of reproduction of images have passed through. The study identifies different functional outwardness assumed for such doings, and, among them, it privileges the specifically artistic approaches: those using techniques that lost their functional use and those that appropriate of techniques strictly marked until then by this functionality. In that context, it is, then, studied the performance of Lithos Edições de Arte, graphic workshop founded in 1973, in Rio de Janeiro. Along 35 years, Lithos is working close to important names of the Brazilian arts, offering them the possibility to carry out serial works in screen-printing and lithograph. Since 2005, this workshop accomplishes a pioneer experience with the new technique of digital recording of offset matrices, CTP, computer-to-plate. Developed and addressed for the graphic industry, in Lithos, those matrices are adapted and printed in a lithographic press Marinoni, of the century XIX.

Um tópico importante em modelagem geométrica é a definição de objetos que não contenham cantos ou farpas. A geração de superfícies de junção (superfícies que conectam suavemente superfícies distintas) e uma das técnicas utilizadas para solucionar esse tipo de problema. Pode-se abordar a geração de superfícies de junção sob vários aspectos. Neste trabalho, serão estudadas superfícies de junção que conectam suavemente duas outras superfícies distintas (superfícies-base). Sob este enfoque, a geração das superfícies de junção será dividida em três etapas a saber: modelagem das superfícies-base, determinação das curvas de ancoragem e geração das junções propriamente ditas. Curvas de ancoragem são curvas que determinam a forma do contato entre a junção e cada uma das superfícies base. As superfícies-base utilizadas são superfícies compostas modeladas utilizando-se "beta-splines" uniformes. Discussões sobre a melhor maneira de se modelar as mesmas foram consideradas fora do contexto deste trabalho. A determinação das curvas de ancoragem é amplamente discutida. Optou-se por utilizar um piano de corte contra cada uma das superfícies-base para a determinação das curvas de ancoragem. O cálculo da intersecção entre o plano de corte e cada um dos "patches" das superfícies-base e feito utilizando-se um método numérico hibrido baseado em um algoritmo de movimentação associado a um algoritmo de reticulado. A geração das superfícies de junção e feita utilizando-se a técnica de Hermite. Para tanto é preciso que se calculem os vetores de controle necessários a técnica de Hermite de forma que se garanta a continuidade desejada ao longo da curva de contato entre a superfície base e a junção. No caso em questão e garantida continuidade geométrica de primeira ordem (G1). Por fim, apresenta-se protótipo do modelador utilizado para validar o método proposto. São indicadosos resultados obtidos bem como uma analise comparativa com outras soluções semelhantes encontradas na literatura a disposição. Os testes com o prot6tipo foram feitos em um microcomputador com arquitetura compatível com IBM-PC 386 com 640 KBytes de RAM, 20 Mhz, adaptador gráfico VGA e co-processador matemático 80387. O protótipo pode, entretanto, ser utilizado em qualquer microcomputador compatível com IBM-PC que disponha de no mínimo 640 Kbytes de memória RAM. O uso de co-processador matemático e adaptador gráfico EGA ou de major capacidade é aconselhado. / An important topic in geometric modeling is the definition of objects without sharp, corners or edges. A blending surface is one that smoothly connects two given surfaces.It has been a very useful way to define objects without sharp, corners or edges. One can approach the generation of blending surfaces from different points of view. This work deals with blending surfaces that smoothly connect two other surfaces called base-surfaces. According to this point of view the generation of blending surfaces will be divided in 3 steps: base-surfaces modeling, rail curves determination and generation of the blending surfaces. A rail curve is one along which blending and base surfaces meet. The base-surfaces used are composed-surfaces modeled by uniform beta-splines. The problem of modeling these surfaces is beyond the scope of this work. The determination of rail-curves is widely discussed. In order to determine each one of the rail curves, an intersection plane is choosen. The computation of the intersection between the intersection plane and each one of the patches of the base-surfaces uses an hibrid numeric algoritm based on a marching method associated with an lattice evaluation algorithm. The generation of blending surfaces is done using the Hermite technique. To make this possible one has to compute the control vectors needed to generate an Hermite surface and, at the same time, guarantee the desirable continuity along the rail-curves. In this work geometric continuty (G 1) is guaranteed. Finally it is presented the prototype of the modeler used to validate the proposed method. The results obtained are presented as well as a comparative analysis with other solutions found in the literature.

O crescente número de sistemas de animação que utilizam a cinemática para gerar movimento de objetos vem levando os pesquisadores a buscar outras alternativas para produzir resultados mais realistas. Com base nesta premissa, vários autores começaram a estudar a geração de movimento de objetos sintéticos através da aplicação da dinâmica. Assim surgiram os modelos baseados em leis físicas. Num primeiro momento foram abordados apenas objetos rígidos, passando-se mais tarde a considerar objetos articulados e, por fim, aqueles com características elásticas, também denominados de objetos flexíveis ou deformáveis. O objetivo principal do trabalho é a definição de um modelo para simulação de objetos deformáveis no espaço euclidiano. São abordados tanto o modelo geométrico utilizado como o modelo físico, sendo ressaltadas as forças aplicadas sobre o objeto e as restrições que podem ser impostas pelo mundo virtual no qual o mesmo está inserido. Dentre as forças descritas, pode-se destacar: força gravitacional, elasticidade, força de curvatura e torção, colisão e atrito. A fundamentação do trabalho desenvolvido é apresentada na forma de uma introdução aos sistemas de animação, enfatizando os sistemas baseados em leis físicas e de uma revisão bibliográfica dos métodos de deformação existentes. No que diz respeito à colisão de objetos elásticos, são descritos tanto os métodos estudados para a solução das mesmas, como as técnicas para detecção do choque. A simulação do movimento é descrita sob dois aspectos: o algoritmo utilizado para a geração do movimento e a integração numérica das equações diferenciais no tempo. É abordado ainda, em detalhe, o protótipo desenvolvido com o propósito de validar o modelo proposto, sendo descrita a linguagem criada a fim de permitir a especificação da animação e parâmetros diversos do modelo. Por fim, são apresentados e avaliados os resultados obtidos através do desenvolvimento do modelo proposto por intermédio do protótipo FLEX3D. É dedicada ainda especial atenção às perspectivas futuras deste trabalho. / The growing number of animation systems that use kinematics to generate the motion of objects have led to other alternatives to produce more realistic results. Some authors began to study the animation of synthetic objects through the application of the dynamic concepts, creating the modern physically based models. At first, only rigid objects were treated; later on articulated objects were considered. At last, those with elastic characteristics (called flexible or deformable objects) were taken into consideration. The main goal of this work is to define a simulation model for deformable objects in the euclidean space. Both the geometric and the physical models are presented, considering the forces applied to the object and the constraints defined by the virtual world. Described forces include gravity, elasticity, dumping force, collision and attrition. This work presents an introduction to animation systems focusing the physically based systems. After this, a bibliographic review of the existent deformation methods is made. Methods for detecting and solving the collision between two elastic objects are described. Two aspects of the motion simulation are described: the algorithm used to generate the motion and the numeric integration of the differential equations in time. A prototype named FLEX3D is presented to validate the proposed model. The language used for specifying the animation is described and results obtained through the use of FLEX3D are also presented. Special attention is given to the possible future works.

Este trabalho versa sobre a avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagens e animações usando-se complexidade de Kolmogorov, simulação de máquinas e distância de informação. Complexidade de Kolmogorov é uma teoria da informação e da aleatoriedade baseada na máquina de Turing. No trabalho é proposto um método para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica usando-se simulação de máquinas. Também definimos formalmente compressão de dados com perdas e propomos a aplicação da distância de informação como uma métrica de qualidade de imagem. O desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica para web é útil, a medida que as páginas na web estão sendo cada vez mais enriquecidas com animações, som e vídeo, e a economia de banda de canal tornase importante, pois os arquivos envolvidos são geralmente grandes. Boa parte do apelo e das vantagens da web em aplicações como, por exemplo, educação à distância ou publicidade, reside exatamente na existência de elementos multimídia, que apoiam a idéia que está sendo apresentada na página. Como estudo de caso, o método de comparação e avaliação de modelos de animação gráfica foi aplicado na comparação de dois modelos: GIF (Graphics Interchange Format) e AGA (Animação Gráfica baseada em Autômatos finitos), provando formalmente que AGA é melhor que GIF (“melhor” significa que AGA comprime mais as animações que GIF). Foi desenvolvida também uma definição formal de compressão de dados com perdas com o objetivo de estender a metodologia de avalição apresentada Distância de informação é proposta como uma nova métrica de qualidade de imagem, e tem como grande vantagem ser uma medida universal, ou seja, capaz de incorporar toda e qualquer medida computável concebível. A métrica proposta foi testada em uma série de experimentos e comparada com a distância euclidiana (medida tradicionalmente usada nestes casos). Os resultados dos testes são uma evidência prática que a distância proposta é efetiva neste novo contexto de aplicação, e que apresenta, em alguns casos, resultados superiores ao da distância euclidiana. Isto também é uma evidência que a distância de informação é uma métrica mais fina que a distância euclidiana. Também mostramos que há casos em que podemos aplicar a distância de informação, mas não podemos aplicar a distância euclidiana. A métrica proposta foi aplicada também na avaliação de animações gráficas baseadas em frames, onde apresentou resultados melhores que os obtidos com imagens puras. Este tipo de avaliação de animações é inédita na literatura, segundo revisão bibliográfica feita. Finalmente, neste trabalho é apresentado um refinamento à medida proposta que apresentou resultados melhores que a aplicação simples e direta da distância de informação.

A simulação do movimento de humanos virtuais em mundos sintéticos é necessária a áreas tais como: jogos eletrônicos, filmes, ambientes virtuais colaborativos como Second Life R , simulação de pedestres, sistemas de treinamento e simulação de evacuações em situações de emergência. Contudo, mesmo sendo um importante tópico de pesquisa desde a década de 70, a simulação de comportamentos para personagens virtuais ainda é um desafio. O principal objetivo deste trabalho é estender a técnica proposta por Dapper et al. (DAPPER, 2007) onde foi apresentado um planejador de movimento para humanos virtuais que fornece trajetórias suaves e dependentes de parâmetros individuais dos agentes, permitindo a navegação de grupos de forma mais eficiente. Neste trabalho, é proposto um algoritmo para controlar o movimento de grupos em ambientes interativos e uma estratégia para manter a formação durante o deslocamento. O método é baseado em campos potenciais, ou seja, na solução numérica de problemas de valores de contorno envolvendo a equação de Laplace. O método proposto, é composto de duas camadas. Na primeira camada, um mapa para o controle do grupo é criado para possibilitar o controle de cada indivíduo, enquanto que na segunda camada, um algoritmo de planejamento de caminho é utilizado para o movimento do grupo como um todo. A técnica proposta combina o planejamento de movimento para grupos com a navegação baseada em esboços. Os resultados mostram que a técnica é robusta e pode ser utilizada em tempo-real. / The motion simulation of the movement of virtual humans in synthetic worlds is necessary for areas such as: electronic games, movies, collaborative virtual environments such as Second Life R , pedestrian simulation, training systems, simulation of evacuations in emergency situations. However, although being an important research topic since the 70s, the simulation of behaviors for virtual characters is still a challenge. Dapper et al. (DAPPER, 2007) developed a motion planner that provides smooth trajectories dependent on the individual parameters of the agents. The main goal of this work is to extend the technique proposed by Dapper, allowing for a more efficient control and navigation of groups. In this work, an algorithm for the control of group motion in interactive environments is proposed, along with a strategy for maintaining the group formation during the motion. The method is based on potential fields, more specifically, on the numeric solution of boundary-value problems involving the Laplace equation. The proposed method has two layers. In the first layer, a map for group control is created in order to allow for the control of every individual, while in the second layer a path planning algorithm is used for the movement of the group as a whole. The proposed technique combines the planning of group movements with a sketch-based navigation. The results show that the technique is robust and can be used in real-time.

Em geral, jogos classificados como ‘jogos online maciçamente multijogador’, ou massively multiplayer online games (MMOGs) são simulações interativas, competitivas, em tempo real e em larga escala, de mundos virtuais gráficos. Atualmente, a maioria (se não todos) os MMOGs lançados comercialmente são implementados como serviços centralizados, onde centenas ou até milhares de máquinas servidoras, mantidas pelo provedor do serviço do jogo, são responsáveis por executar quase toda a simulação do mundo virtual. Isto implica em gastos significativos em equipamentos e comunicação por parte dos provedores do jogo. Vários trabalhos tentam reduzir o custo de hospedar um MMOG propondo modelos de distribuição da simulação mais descentralizados (peer-to-peer), onde a simulação é movida parcialmente ou totalmente dos servidores (máquinas dos provedores do jogo) para os nós clientes, tipicamente PCs de jogadores conectados por banda larga residencial. Porém, a tentativa de descentralizar um MMOG cria problemas de segurança, na medida em que a simulação passa a ser delegada a nós clientes, que são nós intrinsecamente não-confiáveis que ganham a oportunidade de trapacear no jogo, burlando as regras, visto que as regras da simulação serão executadas por estes. Existem vários tipos de trapaças, mas nós mostramos nesta tese que é possível argumentar que a trapaça de estado (state cheating) e ataques de negação de serviço são as ameaças mais significativas para MMOGs peer-to-peer. Como consequência, nós propomos o FreeMMG 2, um novo modelo de descentralização de MMOGs baseado na divisão do mundo virtual em células que são mantidas individualmente por grupos separados de peers voluntários que executam um processo daemon, não-interativo de simulação. Cada peer de uma célula contém uma réplica completa do estado da célula e se sincroniza de forma tanto conservadora quanto otimista com cada outro peer (réplica) da célula, enquanto ao mesmo tempo recebe comandos de jogo e dissemina atualizações de jogo para as máquinas ‘cliente’ dos jogadores do jogo. Devido à replicação e à seleção aleatória de peers para as células, nós mostramos que o FreeMMG 2 é resistente a trapaça de estado. E, devido ao uso de um peer back-up secreto para cada peer réplica primária da célula, nós mostramos que ataques de negação de serviço contra os peers não irão aumentar de forma significativa a probabilidade de ocorrência de trapaça de estado ou de perda total do estado da célula atacada. Através de simulação de rede, nós mostramos que o FreeMMG 2 é escalável e que utiliza a largura de banda dos clientes de forma eficiente. Assim, mostramos que uma abordagem baseada em replicação de suporte a MMOGs, considerando clientes com conectividade à Internet realística (sem IP multicast e com banda larga doméstica), é viável. / Typically, games classified as ‘massively multiplayer online games’ (MMOGs) are competitive, real-time, large-scale interactive simulations of graphical virtual worlds. Currently, most (if not all) commercial MMOGs are implemented as centralized services, where hundreds or even thousands of ‘server’ machines, maintained by the game service provider, are responsible for running almost all of the virtual world simulation. This incurs a significant equipment and communication cost for the game providers. Several works attempt to reduce the cost of hosting a MMOG by proposing more decentralized, peer-to-peer models for distributing the simulation among client (player-owned PCs with consumer-grade broadband) and server (provider-owned) machines, with some going as far as eliminating the need for provider-owned machines altogether. Decentralizing a MMOG, however, creates security issues, as the simulation is now delegated to untrusted client nodes which gain opportunities to cheat the game rules, as the rules are now executed by them. There are several types of cheats, but we show in this thesis that a case can be made for considering state cheating and denial-of-service attacks as the most significant threats for peer-to-peer MMOGs. In light of this, we propose FreeMMG 2, a new MMOG decentralization model based on the division of the virtual world into cells that are maintained individually by separate groups of volunteer peers that are running a non-interactive, daemon simulation process. Each peer of a cell contains a full replica of the cell state and synchronizes both conservatively and optimistically with every other peers (replicas) of the cell, while at the same time receiving game commands and disseminating game updates to actual player machines. Due to its cell replication and random peer selection, we show that FreeMMG 2 is resistant to state cheating. And, due to the use of one secret back-up peer for every primary replica peer of the cell, we show that denial-of-service attacks don’t significantly increase the odds of either state cheating or cell state loss happening. Through network simulation we verify that FreeMMG 2 is scalable and bandwidth-efficient, showing that a replication-based approach to peer-to-peer MMOG support, considering peers with realistic Internet connectivity (no IP multicast and consumer-grade broadband), is a viable one.

A simulação de pedestres representados como humanos virtuais em um mundo sintético é de grande interesse em áreas como cinema, arquitetura e jogos. Esta atividade pode ser definida como navegação em ambientes virtuais e envolve principalmente a especificação do ambiente, a definição da posição inicial do agente, assim como sua posição final (ou objetivo). Tendo estes parâmetros definidos, um algoritmo de planejamento de movimento, ou de caminhos, em particular, pode ser usado para encontrar uma trajetória a ser seguida por ele. Entretanto, em um mundo real, se considerar-se várias pessoas, todas na mesma posição inicial e procurando atingir o mesmo objetivo, cada uma seguirá por um caminho diferente. Ou seja, para uma mesma tarefa, a estratégia utilizada por cada pessoa para alcançar seu objetivo vai depender de sua constituição física, personalidade, humor e raciocínio. Levando em consideração estas questões, este trabalho apresenta um estudo sobre planejamento de movimento para pedestres. Como resultado prático foi desenvolvido um planejador que fornece trajetórias suaves e variadas. As trajetórias são dependentes de características individuais de cada agente, que podem ser alteradas dinâmicamente. O método adotado é baseado na utilização de campos potenciais gerados pela solução numérica de problemas de valores de contorno envolvendo a equação de Laplace (funções harmônicas) e o problema de Sturm-Liouville. Campos potenciais gerados desta forma produzem caminhos suaves e são livres de mínimos locais. O comportamento de cada agente é determinado pela alteração de seu campo potencial individual, gerado a cada passo da simulação. Dessa forma, é possível alterar dinamicamente o padrão da trajetória e ao mesmo tempo evitar colisões com obstáculos móveis (demais agentes na simulação). Por outro lado, os comportamentos gerados podem tanto ser usados de forma isolada, como combinados em movimentos complexos. Assim, é possível utilizar funções que definem trajetórias ou quantificar um desvio à esquerda ou à direita quando o agente avista um obstáculo a sua frente. A implementação do método, incluindo técnicas para controlar a velocidade e orientação do agente, e situações de simulação como comportamentos em corredores e regiões abertas, são apresentadas e discutidas. / The simulation of pedestrians represented as virtual humans in a synthetic world is of great interest in areas as cinema, architecture and games. This activity can be defined as navigation in virtual environments and involves mainly the specification of the environment, the definition of the agent’s initial position as well as its target position in the world (also called goal). By setting these parameters, a motion planning algorithm, or a path-planning algorithm in particular can be used to find a trajectory to be followed by it. However, in a real world, if we consider several persons (all in the same initial position) trying to reach the same target position, each individual path followed will be different. That is, for the same task, the strategy used by each person to reach their goal will depend on their physical constitution (body type), personality, mood and reasoning. Taking these questions into consideration, this work presents a study about motion planning for pedestrians. As a practical result, a planner which supplies smooth and varied trajectories was developed. The trajectories are also depending on the individual characteristics of each agent, which can be dynamically changed. The method adopted is based on the use of potential fields generated by numerical solutions of boundary value problems involving the equation of Laplace (harmonic functions) and the problem of Sturm- Liouville. Potential fields generated in this manner produce smooth and local minima free trajectories. The behavior of each agent is determined by the alteration of its individual potential field which is generated to each step of the simulation. Thus, it is possible to dynamically modify the standard of the trajectory and at the same time to prevent collisions with mobile obstacles (other agents in the simulation). On the other hand, the produced behaviors can be used isolatedly or combined in complex moves. Therefore, it is possible to use a function that defines a trajectory. It is also possible to quantify a detour to the left or to the right when the agent sights an obstacle ahead. The implementation of the method, including speed control techniques and agent’s orientation, and situations like simulation of behaviors in corridors or open regions, will be presented and argued.

Encontrar um modo de criar imagens fotorealísticas tem sido uma meta da Computação Gráfica por muitos anos [GLA 89]. Neste sentido, os aspectos que possuem principal importância são a modelagem e a iluminação. Ao considerar aspectos de modelagem, a obtenção de realismo mostra-se bastante difícil quando se pretende, através de técnicas tradicionais de modelagem, modelar objetos cujas formas não são bem definidas. Dentre alguns exemplos destes tipos de objetos, podem-se citar fogo, fumaça, nuvens, água, etc. Partindo deste fato, Reeves [REE 83] introduziu uma técnica denominada sistemas de partículas para efetuar a modelagem de fogo e explosões. Um sistema de partículas pode ser visto como um conjunto de partículas que evoluem ao longo do tempo. Os procedimentos envolvidos na animação de um sistema de partículas são bastante simples. Basicamente, a cada instante de tempo, novas partículas são geradas, os atributos das partículas antigas são alterados, ou estas partículas podem ser extintas de acordo com certas regras pré-definidas. Como as partículas de um sistema são entidades dinâmicas, os sistemas de partículas são especialmente adequados para o uso em animação. Ainda, dentre as principais vantagens dos sistemas de partículas quando comparados com as técnicas tradicionais de modelagem, podem-se citar a facilidade da obtenção de efeitos sobre as partículas (como borrão de movimento), a necessidade de poucos dados para a modelagem global do fenômeno, o controle por processos estocásticos, o nível de detalhamento ajustável e a possibilidade de grande controle sobre as suas deformações. Entretanto, os sistemas de partículas possuem algumas limitações e restrições que provocaram o pouco desenvolvimento de algoritmos específicos nesta área. Dentre estas limitações, as principais são a dificuldade de obtenção de efeitos realísticos de sombra e reflexão, o alto consumo de memória e o fato dos sistemas de partículas possuírem um processo de animação específico para cada efeito que se quer modelar. Poucos trabalhos foram desenvolvidos especificamente para a solução destes problemas, sendo que a maioria se destina à modelagem de fenômenos através de sistemas de partículas. Tendo em vista tais deficiências, este trabalho apresenta métodos para as soluções destes problemas. É apresentado um método para tornar viável a integração de sistemas de partículas em ambientes de Ray Tracing, através do uso de uma grade tridimensional. Também, são apresentadas técnicas para a eliminação de efeitos de aliasing das partículas, assim como para a redução da quantidades de memória exigida para o armazenamento dos sistemas de partículas. Considerando aspectos de animação de sistemas de partículas, também é apresentado uma técnica de aceleração para a detecção de colisões entre o sistema de partículas e os objetos de uma cena, baseada no uso de uma grade pentadimensional. Aspectos relativos à implementação, tempo de processamento e fatores de aceleração são apresentados no final do trabalho, assim como as possíveis extensões futuras e trabalhos sendo realizados. / Finding a way to create photorealistic images has been a goal of Computer Graphics for many years [GLA 89]. In this sense, the aspects that have main importance are modeling and illumination. Considering aspects of modeling, the obtention of realism is very difficult when it is intended to model fuzzy objects using traditional modeling techniques. Among some examples of these types of objects, fire, smoke, clouds, water, etc. can be mentioned. With this fact in mind, Reeves [REE 83] introduced a technique named particle systems for modeling of fire and explosions. A particle system can be seen as a set of particles that evolves over time. The procedures involved in the animation of particle systems are very simple. Basically, at each time instant, new particles are generated, the attributes of the old ones are changed, or these particles can be extinguished according to predefined rules. As the particles of a system are dynamic entities, particle systems are specially suitable for use in animation. Among the main advantages of particle systems, when compared to traditional techniques, it can be mentioned the facility of obtaining effects such as motion blur over the particles, the need of few data to the global modeling of a phenomen, the control by stochastic processes, an adjustable level of detail and a great control over their deformations. However, particle systems present some limitations and restrictions that cause the little development of specific algorithms in this area. Among this limitations, the main are the difficulty of obtention of realistic effects of shadow and reflection, the high requirement of memory and the fact that particle systems need a specific animation process for each effect intended to be modeled. Few works have been developed specifically for the solution of these problems; most of them are developed for the modeling of phenomena through the use of particle systems. Keeping these deficiencies in mind, this work presents methods for solving these problems. A method is presented to make practicable the integration of particle systems and ray tracing, through the use of a third-dimensional grid. Also, a technique is presented to eliminate effects of aliasing of particles, and to reduce the amount of memory required for the storage of particle systems. Considering particle systems animation, a technique is also presented to accelerate the collision detection between particle systems and the objects of a scene, based on the use of a fifth-dimensional grid. Aspects related to the implementation, processing time and acceleration factors are presented at the end of the work, as well as the possible future extensions and ongoing works.

Segundo Thalmann em 1996, animação é a visualização da variação do estado de objetos em relação ao tempo. A meta principal da animação modelada por computador é sintetizar o efeito desejado de movimento que é uma mistura de fenômenos naturais, percepção e imaginação. O sistema de animação deve providenciar ferramentas de controle de movimento para traduzir os desejos do usuário na linguagem do sistema. O controle dos movimentos de uma animação pode ser dividido em duas classes de algoritmos: a classe intencional, dirigida aos aspectos de controle em alto nível, onde as intenções de uma animação são expressas e a classe concreta, dirigida aos aspectos específicos de animação de objetos. A relação hierárquica destas classes favorece a implementação de um motor de animação usando camadas de abstração. Uma das abordagens atuais para a construção de um motor de animação para atores humanóides é um sistema implementado em camadas. A camada inferior lida com os movimentos individuais das articulações. As intermediárias são responsáveis por encapsular conjuntos de movimentos que atuam como tarefas simples. O encapsulamento destas tarefas é feito por camadas superiores que lidam com ações sensíveis ao ambiente. Por fim, a camada de mais alto nível atua no nível cognitivo onde um mecanismo dotado de capacidade de raciocínio comanda ações aos atores de acordo com as informações do contexto e também de acordo com as intenções, crenças e desejos dos atores. Este trabalho visa analisar uma proposta de implementação de um motor de animação para simular o comportamento de atores humanóides, gerando animações em três dimensões via World Wide Web. Dois modelos de animação baseados no formalismo AFS (Autômato Finito com Saída) que lidam com camadas específicas de abstração de um sistema de animação serão apresentados. O modelo AGA-J é uma extensão do modelo AGA para lidar com a classe concreta de movimentos de atores humanóides em 3D e serve como camada de fundação para outros modelos. O modelo AGA gera sequências animadas a partir de um conjunto de AFS que representam os atores da animação e um conjunto de fitas de entrada que determinam os comportamentos dos atores. O alfabeto de saída é representado por imagens e efeitos sonoros e a animação se dá pela sequência das saídas dos autômatos. O modelo AGA-T é um modelo orientado a tarefas, baseado em autômatos probabilísticos e eventos. Este modelo atua como uma camada de nível superior sobre o AGA-J, e foi projetado para lidar com alguns aspectos da classe intencional, sobretudo o encapsulamento de movimentos através de tarefas. O formalismo de AFS foi escolhido para a construção dos modelos porque propicia muitas características importantes: saída configurável através da análise da fita de saída; reusabilidade pelo fato de vários atores poderem usar o mesmo AFS; e recuperação de informação, observando o estado atual dos autômatos dos atores que compõem a animação. / According to Thalmann in 1996, animation is the visualization of changings on object states during time. The first goal of computer animation is to synthesize the desired motion effect that is a mix of natural phenomena, perception and imagination. An animation system must provide motion control tools to translate the user intentions into the system language. The motion control can be divided in two classes of algorithms: the intentional class, directed towards the high-level control aspects where the animation intentions are expressed; and the concrete class, which deals with specific aspects of object animation. The hierarchical relationship between these two classes benefits the implementation of an animation engine based on abstraction layers. One recent approach for building an animation engine to represent humanoid actors is a system implemented in layers. The lowest layer deals with individual joint movements, while the middle layers are responsible for encapsulating a set of movements acting as simple tasks. The task encapsulation is performed by high-level layers dealing with environment sensitive actions. Finally, the highest-level layer acts in the cognitive level, where a reasoning mechanism commands actions to the actors according to the context information, the beliefs, desires and intentions of the actors. This work explores an implementation proposal of an animation engine for simulating the behavior of humanoid actors, generating 3D animations to theWorld Wide Web. Two animation models based on the Finite Automata with Output formalism that deal with specific abstraction layers of an animation system will be presented. The AGA-J model is an extension of the AGA model for dealing with the concrete class of 3D movements of humanoid actors and it suits as a foundation layer for other models. The AGA model generates animated sequences by a set of Finite Automata with Output that implements the animation actors and a set of input tapes which determines the behavior of the actors. The output alphabet is represented by images, and sound effects, and the animation is produced by the sequence of the automata output. The AGA-T model is a task-oriented model, based on probabilistic automata and events. This model acts as a high-level layer over the AGA-J, and it was designed for dealing with some aspects of the intentional class, mainly the movement encapsulation by tasks. The Finite Automata with Output formalism was chosen for model construction because it provides many important features: adaptable output by analysis of output tape; reusability by the fact of many actors can use the same automaton; and information retrieval by observation of current state of the automata composing the animation.

O panorama populacional do Brasil mostra um quadro de crescimento significativo nas taxas de sobrepeso e obesidade na infância e juventude. Essa realidade deve levar ao aumento da incidência de casos de doenças e, por consequência, ao aumento dos gastos públicos com saúde nos próximos anos. Diante dessa perspectiva, exergames - classe de jogos que buscam unir a diversão de jogos eletrônicos à promoção da saúde através da prática de atividades físicas - podem trazer uma contribuição significativa à sociedade. Entretanto, é necessário identificar a melhor forma de motivar as pessoas e definir as funcionalidades que favorecem o estímulo no ambiente do jogo. Este trabalho introduz o Running Wheel, um exergame de caminhada ou corrida em esteira ergométrica, com modos de jogo single player e multiplayer, nas versões competitivo (contra um adversário) e colaborativo (corrida em grupo cooperativo). O mjogo captura a velocidade da esteira e o ritmo cardíaco do jogador. A exibição é feita em um monitor instalado à frente da esteira. O sistema descrito foi implementado e uma metodologia desenvolvida para avaliação de duas hipóteses: a) existe diferença de desempenho entre os participantes que utilizam o Running Wheel no modo competitivo daqueles que experimentam o modo single player; e b) diferentes tipos de parceiros virtuais influenciam o desempenho, ou seja, correr contra si mesmo, contra alguém melhor, ou a livre escolha de um adversário de uma lista, pode levar a resultados distintos. Foram realizados experimentos com 12 voluntários ao longo de seis sessões de corrida, com 12 minutos de duração cada uma. As avaliações revelaram preferência dos participantes pelo modo multiplayer competitivo (10 usuários) sendo que a principal característica motivacional apontada foi o avatar (5 participantes), seguido do ambiente virtual (4 participantes). Os usuários do modo competitivo demonstraram um nível de esforço significativamente superior ao daqueles do modo single player, também confirmado por um ritmo cardíaco em média 5,9% maior, indicando que o modo competitivo teve uma capacidade de estímulo maior. As diferenças de distância e tipos de avatares, no entanto, não foram estatisticamente significantes, o que deverá ser investigado em pesquisas futuras. Os resultados evidenciaram a capacidade do exergame mudar a percepção dos usuário. Mesmo pessoas que inicialmente afirmaram não serem competitivas mudaram seu comportamento após a intervenção. Trabalhos futuros devem investigar o modo colaborativo em comparação com os outros modos, levando-se em conta aspectos de personalização do jogo como escolha das mensagens, e uso de avatares mais realistas. Outras áreas de interesse incluem métodos de geração de cenários baseados em locais públicos, e renderização de múltiplos avatares, simulando uma maratona virtual com mais competidores. / Developing countries like Brazil are witnessing important changes on demographics with increasing rates of overweight and obese children and young adults. These trends may lead to an increase of diseases, which in turn can cause an impact on public funds of health and social security. Considering this picture, exergames - class of games that combine health promotion to video games and thus fun - may bring an important contribution to change society. However, it’s necessary to acknowledge the main ways and features of stimulus that can be leveraged in this class of application, to promote a better incentive on the virtual gaming environment. In this work we introduce Running Wheel, an exergame with single player and multiplayer (competitive or collaborative) modes with real time capture of heartbeat rhythm and speed of a treadmill. The Running Wheel system is described and a methodology for its evaluation is presented, investigating two hypotheses: (a) there is difference between users that ran with the competitive mode versus the single player mode; and (b) there is difference in performance depending on the kind of competitor picked (three virtual competitors were tested: against oneself, against a better player or free selection from a list). We evaluated Running Wheel with 12 volunteers which performed at least 6 jogging sessions of 12 minutes each, following Cooper’s Fitness Test. Ten users preferred the competitive mode over the single player and reported the main source of motivation being the avatar (5 participants) followed by the virtual environment (4 participants). Volunteers of the competitive mode showed a superior level of effort with a heart beat rhythm 5.9% above when compared to those exercising on single player. However we did not find statistically significant differences of distance or among the different kinds of participants which should be addressed on a future research. Results confirmed that this exergame could change users’ behavior on competitiveness. Even volunteers that initially reported not being competitive at all had this perception changed after experimenting Running Wheel. Future works should investigate the collaborative mode against other modes and personalization features such as customized goals and incentive messages, more realistic avatars based on player’s physical appearance and scenarios modeled from real locations.