Considerações de informação perceptual têm ganhado espaço rapidamente em pesquisas referentes a representação, análise e exibição de malhas. Estudos com usuários, eye tracking e outras técnicas são capazes de fornecer informações cada vez mais úteis para sistemas voltados a usuário, que formam a maioria das aplicações em computação gráfica. Neste trabalho nós expandimos sobre o conceito de Saliência de Malhas — uma medida automática de importância visual para malhas de triângulos baseada em modelos de atenção humana em baixo nível — melhorando, extendendo e realizando integração com diferentes aplicações. Nós extendemos o conceito de Saliência de Malhas para englobar objetos deformáveis, mostrando como um mapa de saliência em nível de vértice pode ser construído capturando corretamente regiões de alta importância perceptual através de um conjunto de poses ou deformações. Nós definimos saliência multi-pose como um agregado multi-escala de valores de curvatura sobre uma vizinhança localmente estável, em conjunto com deformações desta vizinhança em múltiplas poses. Nós substituímos distância Euclideana por geodésica, assim fornecendo melhores estimativas de vizinhança local. Resultados mostram que saliência multi-pose gera resultados visualmente mais interessantes em simplificações quando comparado à saliência em uma única pose. Nós também aplicamos saliência de malhas ao problema de segmentação e rendering dependente de ponto de vista, introduzindo uma técnica para segmentação que particiona um objeto em um conjunto de clusters, cada um englobando um grupo de características localmente interessantes. Saliência de malhas é incorporada em um framework para clustering propagativo, guiando seleção de pontos de partida para clusters e custos de propagação de faces, levando a uma convergência de clusters ao redor de características perceptualmente importantes. Nós comparamos nossa técnica com diferentes métodos automáticos para segmentação, mostrando que ela fornece segmentação melhor ou comparável sem necessidade de intervenção do usuário. Uma vez que o algoritmo de segmentação proposto é especialmente aplicável a rendering multi-resolução, nós ilustramos uma aplicação do mesmo através de um sistema de rendering baseado em ponto de vista guiado por saliência, alcançando melhorias consideráveis em framerate com muito pouca perda de qualidade visual. / Considerations on perceptual information are quickly gaining importance in mesh representation, analysis and display research. User studies, eye tracking and other techniques are able to provide ever more useful insights for many user-centric systems, which form the bulk of computer graphics applications. In this work we build upon the concept of Mesh Saliency — an automatic measure of visual importance for triangle meshes based on models of low-level human visual attention—improving, extending and integrating it with different applications. We extend the concept of Mesh Saliency to encompass deformable objects, showing how a vertex-level saliency map can be constructed that accurately captures the regions of high perceptual importance over a range of mesh poses or deformations. We define multipose saliency as a multi-scale aggregate of curvature values over a locally stable vertex neighborhood together with deformations over multiple poses. We replace the use of the Euclidean distance by geodesic distance thereby providing superior estimates of the local neighborhood. Results show that multi-pose saliency generates more visually appealing mesh simplifications when compared to a single-pose mesh saliency. We also apply Mesh Saliency to the problem of mesh segmentation and view-dependent rendering, introducing a technique for segmentation that partitions an object into a set of face clusters, each encompassing a group of locally interesting features. Mesh Saliency is incorporated in a propagative mesh clustering framework, guiding cluster seed selection and triangle propagation costs and leading to a convergence of face clusters around perceptually important features. We compare our technique with different fully automatic segmentation algorithms, showing that it provides similar or better segmentation without the need for user input. Since the proposed clustering algorithm is specially suitable for multi-resolution rendering, we illustrate application of our clustering results through a saliency-guided view-dependent rendering system, achieving significant framerate increases with little loss of visual detail.

Imagens da anatomia interna são essenciais para as práticas médicas. Estabelecer correlação entre elas, é um importante procedimento para diagnóstico e tratamento. Nessa dissertação, é proposta uma abordagem para correlacionar dados multidimensionais de mesma modalidade de aquisição baseando-se somente nas informações de intensidade de pixels e voxels. O trabalho foi dividido em duas fases de implementação. Na primeira, foi explorado o problema de similaridade entre imagens médicas usando a perspectiva de análise de qualidade de imagem. Isso levou ao desenvolvimento de uma técnica de dois passos que estabelece um equilíbrio entre a velocidade de processamento e precisão de duas abordagens conhecidas. Avaliou-se a qualidade e aplicabilidade do algoritmo e, na segunda fase, o método foi estendido para analisar similaridade e encontrar a localização de uma imagem arbitrária (2D) em um volume (3D). A solução minimiza o número virtualmente infinito de possíveis orientações transversais e usa otimizações para reduzir a carga de trabalho e entregar resultados precisos. Uma visualização tridimensional volumétrica funde o volume (3D) com a imagem (2D) estabelecendo uma correspondência entre os dados. Uma análise experimental demonstrou que, apesar da complexidade computacional do algoritmo, o uso de amostragem, tanto na imagem quanto no volume, permite alcançar um bom equilíbrio entre desempenho e precisão, mesmo quando realizada com conjuntos de dados de baixa intensidade de gradiente. / Images of the inner anatomy are essential for clinical practice. To establish a correlation between them is an important procedure for diagnosis and treatment. In this thesis, we propose an approach to correlate within-modality 2D and 3D data from ordinary acquisition protocols based solely on the pixel/voxel information. The work was divided into two development phases. First, we explored the similarity problem between medical images using the perspective of image quality assessment. It led to the development of a 2-step technique that settles the compromise between processing speed and precision of two known approaches. We evaluated the quality and applicability of the 2-step and, in the second phase, we extended the method to use similarity analysis to, given an arbitrary slice image (2D), find the location of this slice within the volume data (3D). The solution minimizes the virtually infinite number of possible cross section orientations and uses optimizations to reduce the computational workload and output accurate results. The matching is displayed in a volumetric three-dimensional visualization fusing the 3D with the 2D. An experimental analysis demonstrated that despite the computational complexity of the algorithm, the use of severe data sampling allows achieving a great compromise between performance and accuracy even when performed with low gradient intensity datasets.

[pt] O presente trabalho visa ao desenvolvimento de uma ferramenta gráfica interativa para a modelagem e dimensionamento de vigas de edifícios de concreto armado seguindo as prescrições da nova norma brasileira NBR 6118, 2003. Como base, utilizou-se o programa FTOOL, que se destina ao ensino do comportamento estrutural de pórticos planos. O método de dimensionamento utilizado para as seções de concreto submetidas à flexão é o de Ferreira da Silva Jr., relativo às zonas de solicitação. Para que esta nova ferramenta fosse incorporada ao programa FTOOL, este teve que sofrer algumas modificações, tais como a definição do material concreto armado, com os diversos tipos e propriedades para o concreto e para o aço; e a definição de seções transversais típicas de vigas de concreto armado (retangular, T, L e I), incluindo posicionamento da armadura e cobrimento. O resultado que o programa desenvolvido oferece são dois diagramas: um deles contendo as armaduras longitudinais superior e inferior, calculadas para cada par de valores de momento fletor e esforço normal; e outro de armadura transversal, calculada para cada valor de força cortante. Além dos dois diagramas de armadura, ainda existem dois modos de resultado da análise de dimensionamento: armadura necessária e armadura adotada. / [en] The present work describes the development of an interactive graphics tool for modeling and design reinforced concrete building beams, following the new Brazilian code NBR 6118, 2003. The graphics tool is based on the FTOOL software, which is an educational tool for two- dimensional frame structural behavior. The design method used for reinforced concrete sections submitted to flexural loading is the one of Ferreira da Silva Jr., in relation to loading zones. In order to incorporate this new tool into FTOOL, some modifications were made, such as the definition of the reinforced concrete material, with several types and properties for concrete and steel; and the definition of typical cross sections properties of reinforced concrete beams (rectangle, T-shape, L-shape and Ishape), including positioning of structural reinforcement and cover. As a result, the developed program offers two diagrams: one containing top and bottom longitudinal steel area, calculated for each pair of values of bending moment and axial force; and another of transversal steel area, calculated for each value of shear force. In addition to these two steel area diagrams, there are two ways for visualizing the design results: necessary and adopted reinforcement.

[pt] Oclusão ambiente é uma técnica barata de simular a iluminação ambiente indireta de forma realista. Nesta dissertação, propõe-se elaborar um método de oclusão ambiente produzindo resultados de boa qualidade em tempo real. Através da utilização de um eficiente método de voxelização, cria-se uma descrição volumétrica da geometria em uma grade regular. Durante a renderização da cena, o hemisfério em torno de cada ponto visível é amostrado por diversos cones, cada um equivalendo ao lançamento de múltiplos raios. O volume de cada cone é amostrado por uma série de esferas e estas são utilizadas para determinar o volume do cone obstruído pela geometria da cena. Ao acumular os resultados de cada esfera em cada cone, e de cada cone no hemisfério, a oclusão ambiente causada pela geometria em cada ponto visível pelo observador é estimada. Esta estratégia mostra-se adequada, pois a interseção de cada esfera com a cena voxelizada pode ser feita de forma muito eficiente. / [en] Ambient occlusion is a low-cost technique to simulate indirect ambient illumination in a realistic way. In this dissertation, we propose an ambient occlusion method that achieves good quality results in real time. Using an efficient voxelization algorithm, we create a volumetric description of the geometry in a regular grid. During the scene rendering, the hemisphere around each visible point is sampled by several cones, each one corresponding to the trace of multiple rays. The volume of each cone is sampled by a serie of spheres, which are used to compute the cone s volume obstructed by the scene geometry. The occlusion caused by the geometry at each visible point is estimated by accumulating each sphere result in the cones and each cone result in the hemisphere. We found this approach to be adequate, since the intersection of each sphere with the voxelized scene can be performed in a very efficient manner.

[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.

Orientador: Claudio Henrique de Moraes Batalha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Filosofia e Ciencias Humanas / O exemplar do AEL pertence a Coleção CPDS / Made available in DSpace on 2018-07-20T09:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vitorino_ArturJoseRenda_M.pdf: 6623703 bytes, checksum: eb18499a3e742cdbed7201ff163a8a40 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em História

[pt] A interpretação tridimensional de conjuntos densos de linhas exige o uso de modelos de iluminação mais elaborados. A oclusão ambiente é uma técnica utilizada para simular, de forma realista e barata, a iluminação ambiente indireta. Este trabalho apresenta um novo algoritmo para renderização de linhas com oclusão de ambiente. O algoritmo proposto é baseado na voxelização da cena e no cálculo do volume ocupado do hemisfério associado a cada ponto do linha. Propõe-se uma adaptação no algoritmo de voxelização de cenas 3D formada por sólidos para o tratamento correto da cena formada por linhas. Assim, uma descrição volumétrica da geometria é criada em um buffer de textura. O hemisfério em torno de cada ponto visível é amostrado por diversos pontos, e para cada amostra se acessa um prisma, cujo volume ocupado é calculados a partir da voxelização. Ao acumular os resultados de cada amostra, estima-se a oclusão de ambiente causada pela geometria em cada ponto visível pelo observador. Esta estratégia mostra-se adequada, pois tem como resultado imagens com alta qualidade em tempo real para cenas com grande complexidade. / [en] The three-dimensional understanding of dense line sets requires the use of more sophisticated lighting models. Ambient occlusion is a technique used to simulate realistically and efficiently, the indirect ambient lighting. This paper presents a new algorithm for rendering lines with ambient occlusion. The proposed algorithm is based on the voxelization of the scene and on the computation of occlusionin the hemisphere associated to each visible point. It is proposed an adaptation of the voxelization algorithm of 3D scenes made up of solids to the correct treatment of the scene formed by lines. Thus, a volumetric geometry description is created in a texture buffer. The hemisphere around every visible point is sampled by several points, and for each sample is generated a prism, which occluded volume is calculated from the voxelization. By accumulating the results of each sample, the estimated ambient occlusion caused by the geometry at each point visible to the observer is computed. This strategy proved to be appropriate, resulting in high-quality images in real time for complex scenes.

[pt] Modelagem de canais turbidíticos é um tema muito presente nas pesquisas da extração do petróleo. O desafio encontra-se em elaborar formas de extração e identificação desses canais em uma superfície pré-determinada. De outro lado, tem-se a sísmica que pode gerar, no resultado final da captação, listas de probabilidades do acúmulo de hidrocarbonetos desta superfície. Unindo estes assuntos, o objetivo deste trabalho é criar um modelo de extração de canais turbidíticos a partir de superfícies interpretadas pela sísmica, utilizando técnicas computacionais e, em particular, um algoritmo de erosão volumétrica. Além do modelo final proposto nesta pesquisa, uma contribuição foi agregar uma particularidade probabilística do dado 3D, em estudo, no algoritmo de erosão utilizado. / [en] Turbidite channels modeling is a very present theme in oil extraction research. The challenge lies in elaborating ways of extracting and identifying these channels on a predetermined surface. On the other hand, seismic data can generate, in the final result of the capture, lists of probabilities of the accumulation of hydrocarbons on this surface. Bringing these subjects together, the objective of this work is to create a model for the extraction of turbiditic channels from surfaces interpreted by Seismic, using computational techniques and, in particular, a volumetric erosion algorithm. In addition to the proposed model in this research, one contribution was to add a probabilistic particularity of the 3D data in the erosion algorithm used.

[pt] Aplicações de Realidade Virtual (VR) com rastreamento de movimentos da cabeça precisam de efeitos de espacialização de alta qualidade. A abordagem tradicional para RV/jogos (interpolação dos canais L+R para construção do estereo) se mostrou insuficiente por ser incapaz de simular a acústica do mundo real. Por isso a pesquisa na área tem migrado para espacialização 3D do áudio. O receptor tem a sensação de que o som veio de um local no espaço 3D. Em outras palavras, ele pode localizar o emissor apenas pelo áudio por consequência permite a construção ambientes mais imersivos e coerentes quando usados em conjunto de técnicas visuáis. Nesse novo contexto, motores de jogos devem prover aos designers de áudio uma gama de ferramentas especializadas para a espacialização de àudio 3D além as de uso geral, que encluem: reverberações e reflexões usadas na construção de ambientes como igrejas e cavernas (locais com ecos); modulação, para criar variações de frequência e aliviar na repetitividade de sons recorrentes (como os de passos e tiros); mix e fade de volumes, utilizado na criação de momentos dramáticos na história e reprodução musical. Nesse trabalho, nós propomos um motor de áudio de tempo real para espacialização de fontes sonoras pontuais em ambientes virtuais. Vai possuir uma arquitetura documentada e de código aberto que provê um conjunto de efeitos e a habilidade de os compor. Nós implementamos a espacialização de áudio em 3D sobre bancos de dados de respostas impulsionais da cabeça (HRIRs) e efeitos sonoros com técnicas de processamento digital de sinais (DSP). Apesar da existência de sistemas comerciais poderosos de áudio para VR estejam disponíveis (e.g. Oculus), nosso protótipo pode ser uma alternativa se a simplicidade, testabilidade e ajustes forem levados em conta. / [en] Virtual Reality (VR) applications with low-latency head tracking require high-quality spatial audio effects. However, classic VR/game sound approaches cannot properly simulate the acoustic of the real world. Current audio research is moving towards 3D spatial audio to have a more realistic simulation. In 3D spatial audio, the listener has the sensation that sound comes from a particular direction in 3D space. In other words, the listener can localize a source based on audio and have a more coherent and immersive experience when paired with visual simulation. In this new context, game engines should provide sound designers with a set of 3D spatial audio tools. The following common effects are desirable in this type of toolbox: reverberations and reflections, which can be employed in the creation of caverns or churches (places with lots of echoes); modulation, which can increase the perceived variety of a recorded sound, by slightly varying its pitch (as in the sounds of footsteps); mixing and fading volumes, which can create dramatic moments in storytelling and music reproduction. In this work, we propose a realtime audio engine to spatialize sound point sources in virtual environments. This engine is an open-source architecture that provides a basic set of audio effects and an efficient way to mix and match them. We implement 3D audio spatialization by leveraging recorded head-related impulse responses (HRIRs) and we produce special sound effects with digital signal processing (DSP) techniques. Although some powerful commercial audio SDKs for Virtual Reality are currently available (e.g. Oculus), our audio engine prototype may be a flexible option when adaptation, simplification, testing, and parameter tuning are necessary.