Visualizações de grafos para comunicação aparecem numa variedade de contextos que vão do acadêmico-científico até o jornalístico e até mesmo artístico. Diferente de visualizações de grafos para exploração e análise de dados, essas imagens são usadas para “contar uma história” que já se conhece ao invés da “procura de uma nova história” nos dados. Apesar de ser possível usar software para desenho de grafos e edição de diagramas para produzí-las, visualizações feitas dessa forma nem sempre preenchem os requisitos visuais impostos pelos seus contextos de uso. Programas de edição de imagens podem ser usados para fazer as melhorias necessárias, mas nem todas as modificações são possíveis e o processo de editar essas imagens pode exigir muito tempo e esforço. Neste trabalho, apresentamos uma investigação de visualizações nodo-aresta estáticas para comunicação e de como facilitar sua criação. A partir de uma desconstrução dessas imagens, identificando seus elementos essenciais, e analisando como são criadas, derivamos um conjunto de requisitos que ferramentas para a criação dessas visualizações devem preencher. Para verificar o efeito da metodologia na melhora do fluxo de trabalho de designers, com mais poder e flexibilidade, foi concebido e implementado um protótipo chamado GraphCoiffure. Com um foco especial em auxiliar usuários na criação de visualizações para publicação, Graph- Coiffure foi projetado como uma aplicação standalone que seria usada como um passo intermediário entre programas de desenho e edição de grafos e editores gráficos. Ele combina ferramentas para manipulação interativa de layouts com estilização similar a CSS para permitir que usuários criem e editem visualizações nodo-aresta estáticas. Ilustramos o funcionamento de GraphCoiffure com quatro casos de uso: a adaptação do layout de uma visualização para fazê-la funcionar em uma dada página, a reprodução do estilo de uma visualização e sua aplicação em outro grafo, e a criação integral de duas novas visualizações. Para obter feedback sobre GraphCoiffure, conduzimos uma avaliação informal através de entrevistas com três potenciais usuários, que disseram achar que GraphCoiffure beneficiaria seu trabalho. / Graph visualizations for communication appear in a variety of contexts that range from scientific/ academic to journalistic and even artistic. Unlike graph visualizations for exploration and analysis, these images are used to tell a story that is already known rather than to look for a story within the data. Although graph drawing and diagram editing software can be used to produce them, visualizations made this way do not always meet the visual requirements imposed by their context of use. Graphics authoring software can be used to make the necessary improvements, but not all modifications are possible and the process of editing these images may be very time-consuming and labor-intensive. In this work, we present an investigation of static node-link visualizations for communication and how to better support their creation. We began with a deconstruction of these images, breaking them down into their basic elements and analyzing how they are created. From this, we derived a set of requirements that tools aimed at supporting their creation should meet. To verify if taking all of this into account would improve the workflow and bring more flexibility and power to the users, we created our own prototype, which we named GraphCoiffure. With a special emphasis on helping users on creating visualizations for publication, GraphCoiffure was designed as a standalone application that would serve as an intermediary step between graph drawing and editing software and graphics editors. It combines interactive graph layout manipulation tools with CSS-like styling possibilities to let users create and edit static node-link visualizations for communication. We illustrate the use of GraphCoiffure with four use-case scenarios: the adaptation of a visualization’s layout to make it work on a given page, the reproduction of a visualization’s style and its application on another graph, and the creation of two visualizations from scratch. To obtain feedback on GraphCoiffure, we conducted an informal evaluation by interviewing three potential expert users, who found that it could be useful for their work.

Esta tese descreve métodos interativos para estimar e compensar erros de refração (NETRA) e opacidades ópticas (CATRA) em sistemas de imageamento usando telas de campos de luz programáveis, de alta resolução e alto contraste. Os novos métodos para oftalmologia computacional descritos aqui podem avaliar câmeras e olhos se o usuário do sistema estiver consciente do modelo de interação. A solução combina elementos ópticos baratos, interfaces interativas e reconstrução computacional. Uma tela de campos de luz, posicionada perto do olho, cria objetos virtuais em profundidades pré-definidas através de várias seções do olho. Via esta plataforma, cria-se uma nova gama de aplicações interativas que é extremamente sensível a aberrações ópticas. A capacidade de focar em um objeto virtual, alinhar padrões exibidos na tela e detectar suas variações de forma e brilho permite ao sistema estimar a função de propagação de ponto de luz para o olho e a acomodação da lente. Enquanto os sistemas convencionais requerem formação especializada, dispositivos caros, procedimentos de segurança sensíveis e normalmente não são móveis, esta tese simplifica o mecanismo, colocando o paciente no centro do teste. Ao final, a resposta do usuário calcula a condição de refração em termos de poderes esférico e cilíndrico, o eixo de astigmatismo, o poder de acomodação da lente e mapas para a opacidade, atenuação, contraste e função de espalhamento de um ponto de luz. O objetivo é permitir que o público em geral opere um sistema de iluminação portátil e obtenha uma compreensão de suas próprias condições visuais. Esta tese apresenta projetos ópticos para software e hardware para oftalmologia computacional. Avaliações com usuários e com câmeras com lentes modificadas são realizadas. Os dados compilados são usados para reconstruir visão afetada do indivíduo, oferecendo uma nova abordagem para capturar informações para o rastreio, diagnóstico e análises clínicas de anomalias visuais. / This thesis proposes light-field pre-warping methods for measuring and compensating for optical aberrations in focal imaging systems. Interactive methods estimate refractive conditions (NETRA) and model lens opacities (CATRA) of interaction-aware eyes and cameras using cost-efficient hardware apps for high-resolution screens. Tailored displays use stereo-viewing hardware to compensate for the measured visual aberrations and display in-focus information that avoids the need of corrective eyeglasses. A light-field display, positioned very close to the eye, creates virtual objects in a wide range of predefined depths through different sectors of the eye’s aperture. This platform creates a new range of interactivity that is extremely sensitive to spatially-distributed optical aberrations. The ability to focus on virtual objects, interactively align displayed patterns, and detect variations in shape and brightness allows the estimation of the eye’s point spread function and its lens’ accommodation range. While conventional systems require specialized training, costly devices, strict security procedures, and are usually not mobile, this thesis simplifies the mechanism by putting the human subject in the loop. Captured data is transformed into refractive conditions in terms of spherical and cylindrical powers, axis of astigmatism, focal range and aperture maps for opacity, attenuation, contrast and sub-aperture point-spread functions. These optical widgets carefully designed to interactive interfaces plus computational analysis and reconstruction establish the field of computational ophthalmology. The overall goal is to allow a general audience to operate portable light-field displays to gain a meaningful understanding of their own visual conditions. Ubiquitous, updated, and accurate diagnostic records can make private and public displays show information in a resolution that goes beyond the viewer’s visual acuity. The new display technology is able to compensate for refractive errors and avoid light-scattering paths. Tailored Displays free the viewer from needing wearable optical corrections when looking at it, expanding the notion of glasses-free multi-focus displays to add individual variabilities. This thesis includes proof-of-concept designs for ophthalmatic devices and tailored displays. User evaluations and validations with modified camera optics are performed. Capturing the daily variabilities of an individual’s sensory system is expected to unleash a new era of high-quality tailored consumer devices.

A Simulação Computacional de Ambientes Históricos constitui um novo campo de conhecimento, que vem atuando como uma importante ferramenta à representação do passado e presente das cidades, contribuindo na compreensão de sua evolução histórica e no seu planejamento. Visando a despertar a sensibilidade em reconhecer e valorizar o produto arquitetônico histórico e seus elementos, bem como construir um olhar diferenciado sobre o futuro da cidade, esta dissertação reforça e traz à realidade o discurso que encara o passado e o presente não mais em épocas distintas, mas em uma "conversa" simultânea de muito respeito e consideração. O objetivo deste trabalho é sistematizar procedimentos metodológicos adequados, por meio do uso de programas computacionais, para a simulação do Patrimônio Histórico Arquitetônico. O trabalho inicia apontando dificuldades de manutenção e recuperação de edifícios históricos, fruto da falta de uma cultura que valorize esse patrimônio, sugerindo sua simulação virtual, como forma de contribuição para seu resgate e sua conseqüente valorização na memória coletiva. No segundo momento, é feita uma revisão do tema em exemplos produzidos em contextos semelhantes, para, depois, testar uma metodologia de reconstituição virtual no objeto de estudo escolhido, situado na praça Dante Alighieri, em Caxias do Sul. Resultado de diversas análises de aplicações, potencialidades e limites, contando com o auxílio da restituição fotogramétrica e de diversos programas de computação gráfica, a metodologia proposta percorre um caminho que começa com a busca e seleção da foto de época, e termina com a produção de modelos geométricos tridimensionais, com vistas ao desenvolvimento de futuros trabalhos de reprodução digital de todo o entorno da Praça em suas diferentes fases, ao longo da História. Esses procedimentos metodológicos buscaram a documentação não apenas de suas formas arquitetônicas, mas do processo de trabalho adotado, constatando além da viabilidade do método, como o potencial que os recursos da simulação computacional de ambientes históricos apresenta, tanto nos aspectos educativos quanto na valorização do patrimônio arquitetônico existente nas cidades. / The Computer Simulation of Historic Environments composes a new field of knowledge which has been acting as an important tool in representing the past and the present of the cities, contributing to the understanding of the historical evolution and its planning. Aiming to awaken sensitivity in recognizing and valuing the architectural historical product and its elements as well as build up a different look over the future of the city, this dissertation reinforces and brings to reality the speech that faces past and present not in distinct times anymore, but in a simultaneous "talk" filled with respect and consideration. The objective of this paper is to systematize proper methodological procedures, using computer programs to simulate the Architectural Historical Heritage. The paper starts pointing out difficulties in maintaining and recovering historical buildings, results of lack of a culture that values this heritage, suggesting its virtual simulation as a way of contribution to the rescue and consequent valorization in collective memory. In a second moment, a review of the theme in examples produced in similar contexts to later test a methodology of virtual reconstitution in the chosen object of study located at Dante Alighieri Square in Caxias do Sul. As a result of several analysis of applications, potentialities and limits, and with the help of photogrammetric restitution as well of several programs of graphic computing, the proposed methodology starts with the search and selection of the picture of the time, and ends with the production of its virtual tridimensional image, aiming the development of future works of virtual reproduction of the surroundings of the Square in its different phases along the History. These methodological procedures aimed the documentation not only of their architectural forms but also of the work process adopted evidencing both the feasibility of the method and the potential that the computer simulation of historical settings presents in educational aspects and in the valorization of the architectural heritage of the cities.

Esta tese descreve métodos interativos para estimar e compensar erros de refração (NETRA) e opacidades ópticas (CATRA) em sistemas de imageamento usando telas de campos de luz programáveis, de alta resolução e alto contraste. Os novos métodos para oftalmologia computacional descritos aqui podem avaliar câmeras e olhos se o usuário do sistema estiver consciente do modelo de interação. A solução combina elementos ópticos baratos, interfaces interativas e reconstrução computacional. Uma tela de campos de luz, posicionada perto do olho, cria objetos virtuais em profundidades pré-definidas através de várias seções do olho. Via esta plataforma, cria-se uma nova gama de aplicações interativas que é extremamente sensível a aberrações ópticas. A capacidade de focar em um objeto virtual, alinhar padrões exibidos na tela e detectar suas variações de forma e brilho permite ao sistema estimar a função de propagação de ponto de luz para o olho e a acomodação da lente. Enquanto os sistemas convencionais requerem formação especializada, dispositivos caros, procedimentos de segurança sensíveis e normalmente não são móveis, esta tese simplifica o mecanismo, colocando o paciente no centro do teste. Ao final, a resposta do usuário calcula a condição de refração em termos de poderes esférico e cilíndrico, o eixo de astigmatismo, o poder de acomodação da lente e mapas para a opacidade, atenuação, contraste e função de espalhamento de um ponto de luz. O objetivo é permitir que o público em geral opere um sistema de iluminação portátil e obtenha uma compreensão de suas próprias condições visuais. Esta tese apresenta projetos ópticos para software e hardware para oftalmologia computacional. Avaliações com usuários e com câmeras com lentes modificadas são realizadas. Os dados compilados são usados para reconstruir visão afetada do indivíduo, oferecendo uma nova abordagem para capturar informações para o rastreio, diagnóstico e análises clínicas de anomalias visuais. / This thesis proposes light-field pre-warping methods for measuring and compensating for optical aberrations in focal imaging systems. Interactive methods estimate refractive conditions (NETRA) and model lens opacities (CATRA) of interaction-aware eyes and cameras using cost-efficient hardware apps for high-resolution screens. Tailored displays use stereo-viewing hardware to compensate for the measured visual aberrations and display in-focus information that avoids the need of corrective eyeglasses. A light-field display, positioned very close to the eye, creates virtual objects in a wide range of predefined depths through different sectors of the eye’s aperture. This platform creates a new range of interactivity that is extremely sensitive to spatially-distributed optical aberrations. The ability to focus on virtual objects, interactively align displayed patterns, and detect variations in shape and brightness allows the estimation of the eye’s point spread function and its lens’ accommodation range. While conventional systems require specialized training, costly devices, strict security procedures, and are usually not mobile, this thesis simplifies the mechanism by putting the human subject in the loop. Captured data is transformed into refractive conditions in terms of spherical and cylindrical powers, axis of astigmatism, focal range and aperture maps for opacity, attenuation, contrast and sub-aperture point-spread functions. These optical widgets carefully designed to interactive interfaces plus computational analysis and reconstruction establish the field of computational ophthalmology. The overall goal is to allow a general audience to operate portable light-field displays to gain a meaningful understanding of their own visual conditions. Ubiquitous, updated, and accurate diagnostic records can make private and public displays show information in a resolution that goes beyond the viewer’s visual acuity. The new display technology is able to compensate for refractive errors and avoid light-scattering paths. Tailored Displays free the viewer from needing wearable optical corrections when looking at it, expanding the notion of glasses-free multi-focus displays to add individual variabilities. This thesis includes proof-of-concept designs for ophthalmatic devices and tailored displays. User evaluations and validations with modified camera optics are performed. Capturing the daily variabilities of an individual’s sensory system is expected to unleash a new era of high-quality tailored consumer devices.

Visualizações de grafos para comunicação aparecem numa variedade de contextos que vão do acadêmico-científico até o jornalístico e até mesmo artístico. Diferente de visualizações de grafos para exploração e análise de dados, essas imagens são usadas para “contar uma história” que já se conhece ao invés da “procura de uma nova história” nos dados. Apesar de ser possível usar software para desenho de grafos e edição de diagramas para produzí-las, visualizações feitas dessa forma nem sempre preenchem os requisitos visuais impostos pelos seus contextos de uso. Programas de edição de imagens podem ser usados para fazer as melhorias necessárias, mas nem todas as modificações são possíveis e o processo de editar essas imagens pode exigir muito tempo e esforço. Neste trabalho, apresentamos uma investigação de visualizações nodo-aresta estáticas para comunicação e de como facilitar sua criação. A partir de uma desconstrução dessas imagens, identificando seus elementos essenciais, e analisando como são criadas, derivamos um conjunto de requisitos que ferramentas para a criação dessas visualizações devem preencher. Para verificar o efeito da metodologia na melhora do fluxo de trabalho de designers, com mais poder e flexibilidade, foi concebido e implementado um protótipo chamado GraphCoiffure. Com um foco especial em auxiliar usuários na criação de visualizações para publicação, Graph- Coiffure foi projetado como uma aplicação standalone que seria usada como um passo intermediário entre programas de desenho e edição de grafos e editores gráficos. Ele combina ferramentas para manipulação interativa de layouts com estilização similar a CSS para permitir que usuários criem e editem visualizações nodo-aresta estáticas. Ilustramos o funcionamento de GraphCoiffure com quatro casos de uso: a adaptação do layout de uma visualização para fazê-la funcionar em uma dada página, a reprodução do estilo de uma visualização e sua aplicação em outro grafo, e a criação integral de duas novas visualizações. Para obter feedback sobre GraphCoiffure, conduzimos uma avaliação informal através de entrevistas com três potenciais usuários, que disseram achar que GraphCoiffure beneficiaria seu trabalho. / Graph visualizations for communication appear in a variety of contexts that range from scientific/ academic to journalistic and even artistic. Unlike graph visualizations for exploration and analysis, these images are used to tell a story that is already known rather than to look for a story within the data. Although graph drawing and diagram editing software can be used to produce them, visualizations made this way do not always meet the visual requirements imposed by their context of use. Graphics authoring software can be used to make the necessary improvements, but not all modifications are possible and the process of editing these images may be very time-consuming and labor-intensive. In this work, we present an investigation of static node-link visualizations for communication and how to better support their creation. We began with a deconstruction of these images, breaking them down into their basic elements and analyzing how they are created. From this, we derived a set of requirements that tools aimed at supporting their creation should meet. To verify if taking all of this into account would improve the workflow and bring more flexibility and power to the users, we created our own prototype, which we named GraphCoiffure. With a special emphasis on helping users on creating visualizations for publication, GraphCoiffure was designed as a standalone application that would serve as an intermediary step between graph drawing and editing software and graphics editors. It combines interactive graph layout manipulation tools with CSS-like styling possibilities to let users create and edit static node-link visualizations for communication. We illustrate the use of GraphCoiffure with four use-case scenarios: the adaptation of a visualization’s layout to make it work on a given page, the reproduction of a visualization’s style and its application on another graph, and the creation of two visualizations from scratch. To obtain feedback on GraphCoiffure, we conducted an informal evaluation by interviewing three potential expert users, who found that it could be useful for their work.

A síntese de imagens com alta faixa dinâmica é uma prática cada vez mais comum em computação gráfica. O desafio consiste em relacionar o grande conjunto de intensidades da imagem sintetizada com um sub-conjunto muito inferior suportado por um dispositivo de exibição, evitando a perda de detalhes contrastivos. Os operadores locais de reprodução de tons (local tone-mapping operators) são capazes de realizar tal compressão, adaptando o nível de luminância de cada pixel com respeito à sua vizinhança. Embora produzam resultados significativamente superiores aos operadores globais, o custo computacional é consideravelmente maior, o que vem impedindo sua utilização em aplicações em tempo real. Este trabalho apresenta uma técnica para aproximar o operador fotográfico local de reprodução de tons. Todas as etapas da técnica são implementadas em GPU, adequando-se ao cenário de aplicações em tempo real, sendo significativamente mais rápida que implementações existentes e produzindo resultados semelhantes. A abordagem é baseada no uso de tabelas de áreas acumuladas (summed-area tables) para acelerar a convolução das vizinhanças, usando filtros da média (box-filter), proporcionando uma solução elegante para aplicações que utilizam imagens em alta faixa dinâmica e que necessitam de performance sem comprometer a qualidade da imagem sintetizada. Uma investigação sobre algoritmos para a geração de somatórios pré-fixados (prefix sum) e uma possível melhoria para um deles também são apresentada. / High dynamic range (HDR) rendering is becoming an increasingly popular technique in computer graphics. Its challenge consists on mapping the resulting images’ large range of intensities to the much narrower ones of the display devices in a way that preserves contrastive details. Local tone-mapping operators effectively perform the required compression by adapting the luminance level of each pixel with respect to its neighborhood. While they generate significantly better results when compared to global operators, their computational costs are considerably higher, thus preventing their use in real-time applications. This work presents a real-time technique for approximating the photographic local tone reproduction that runs entirely on the GPU and is significantly faster than existing implementations that produce similar results. Our approach is based on the use of summed-area tables for accelerating the convolution of the local neighborhoods with a box filter and provides an attractive solution for HDR rendering applications that require high performance without compromising image quality. A survey of prefix sum algorithms and possible improvements are also presented.

Métodos de simulação baseados em dinâmica de fluidos computacional (DFC) têm sido empregado em diversas areas de estudo, tais como aeroacústica, dinâmica dos gases, fluidos viscoelásticos, entre outros. Entretanto, a necessidade de maior acurácia e desempenho destes métodos têm dado origem a soluções representadas por conjuntos de dados cada vez mais complexos. Neste contexto, técnicas voltadas à extração de estruturas relevantes (features), e sua posterior visualização, têm um papel muito importante, tornando mais fácil e intuitiva a análise dos dados gerados por simulações. Os métodos de extração de estruturas detectam e isolam elementos significativos no contexto da análise dos dados. No caso da análise de fluidos, estas estruturas podem ser isosuperfícies de pressão, vórtices, linhas de separação, etc. A visualização, por outro lado, confere atributos visuais a estas estruturas, permitindo uma análise mais intuitiva através de sua inspeção visual. Tradicionalmente, métodos de DFC representam suas soluções como funções lineares definidas sobre elementos do domínio. Entretanto, a evolução desses métodos tem dado origem a soluções representadas analiticamente através de funções de alta ordem. Apesar destes métodos apresentarem características desejáveis do ponto de vista de eficiência e acurácia, os dados gerados não são compatíveis com os métodos de extração de estruturas ou de visualização desenvolvidos originalmente para dados interpolados linearmente. Uma alternativa para este problema consiste na redução da ordem dos dados através de reamostragem e posterior aplicação de métodos tradicionais para extração de estruturas e visualização. Porém, o processo de amostragem pode introduzir erros nos dados ou resultar em excessivo consumo de memória, necessária ao armazenamento das amostras. Desta forma, torna-se necessário o desenvolvimento de métodos de extração e visualização que possam operar diretamente sobre os dados de alta ordem. As principais contribuições deste trabalho consistem em dois métodos que operam diretamente sobre dados de alta ordem. O primeiro consiste em um método para extração e visualização de isosuperfícies. O método baseia-se em uma abordagem híbrida que, ao distribuir o esforço computacional envolvido na extração e visualização das isosuperfícies em operações executadas nos espaços do objeto e da imagem, permite a exploração interativa de isosuperfícies através da troca de isovalores. O segundo método consiste em uma técnica para extração de estruturas lineares, onde a avaliação da forma intervalar do operador parallel vectors, em conjunto com métodos de subdivisão adaptativa, é utilizada como critério de pesquisa destas estruturas. Ambos os métodos foram projetados para tirarem proveito do paralelismo do hardware gráfico. Os resultados obtidos são apresentados tanto para dados sintéticos quanto para dados de simulações gerados através do método de Galerkin discontínuo. / Computational fluid dynamics (CFD) methods have been employed in the studies of subjects such as aeroacoustics, gas dynamics, turbo machinery, viscoelastic fluids, among others. However, the need for accuracy and high performance resulted in methods whose solutions are becoming increasingly more complex. In this context, feature extraction and visualization methods play a key role, making it easier and more intuitive to explore and analyze the simulation data. Feature extraction methods detect and isolate relevant structures in the context of data analysis. In the case of flow analysis, these structures could be pressure isocontours, vortex cores, detachment lines, etc. By assigning visual attributes to these structures, visualization methods allow for a more intuitive analysis through visual inspection. Traditionally, CFD methods represent the solution as piecewise linear basis functions defined over domain elements. However, the evolution of CFD methods has led to solutions represented analytically by higher-order functions. Despite their accuracy and efficiency, data generated by these methods are not compatible with feature extraction and visualization methods targeted to linearly interpolated data. An alternative approach is resampling, which allows the use of existing low order feature extraction and visualization methods. However, resampling is not desirable since it may introduce error due to subsampling and increase memory consumption associated to samples storage. To overcome these limitations, attention has recently been given to methods that handle higher-order data directly. The main contributions of this thesis are two methods developed to operate directly over higher-order data. The first method consists of an isocontouring method. It relies on a hybrid technique that, by splitting the isocontouring workload over image and object space computations, allows for interactive data exploration by dynamically changing isovalues. The second method is a line-type feature extraction method. The search for features is accomplished using adaptive subdivision methods driven by the evaluation of the inclusion form of the parallel vectors operator. Both methods were designed to take advantage of the parallelism of current graphics hardware. The obtained results are presented for synthetic and real simulation higher-order data generated with the discontinuous Galerkin method.

Este trabalho tem como objetivo explorar a forma de planos de fachada vinculados à incidência solar, potencializando a aplicação de sistemas fotovoltaicos. A identificação e parametrização de formas segundo os princípios geométricos de captação fotovoltaica, sugerem a aplicação de uma metodologia de projeto para superfícies de fachadas fotovoltaicas, de modo a otimizar a incidência direta da radiação solar, incorporada a volumetria da edificação. O modelo de otimização de fachadas fotovoltaicas consiste em quatro etapas. Inicialmente define-se a tecnologia fotovoltaica e a localização geográfica (1). Posteriormente, é realizada a modelagem elementar tridimensional (2) através do editor de algoritmos gráficos Grasshopper – integrado à ferramenta de modelagem Rhinoceros3D – estabelecendo assim, as restrições e variáveis da forma. Na terceira etapa, correlacionamse transformações geométricas tridimensionais (twist, taper e shear) e incidência solar (3) por meio dos softwares Ecotect Analysis e Grasshopper. Com isso, os parâmetros dimensionais atribuídos às variáveis – transformações geométricas – são vinculados aos parâmetros de radiação solar, visando à geração de formas. Após a seleção das formas com maior potencial fotovoltaico, identificam-se as zonas com maior incidência de radiação solar e realiza-se a manipulação dos pontos de controle das superfícies NURBS (4). Através das transformações geométricas taper, shear e twist foi possível gerar um conjunto de soluções otimizadas, correlacionando dados energéticos e geométricos, integrando métodos de geração de formas e avaliação performática da radiação solar. O estudo identificou que as possibilidades de articulação entre os planos fotovoltaicos e a eficiência energética têm implicações positivas, correlacionando variabilidade formal e geração de energia elétrica. / This work aims explore the shape of façade planes linked to the solar incidence, in order to optimize the use of photovoltaic systems. The identification and parameterization of forms according to geometric principles of photovoltaic capture suggest the application of a design methodology for optimizing the photovoltaic surface façade in order to optimize direct solar radiation, incorporating the volume of the building. The optimization model of photovoltaic façade consists of four steps. Initially decide on the photovoltaic technology and geographic location (1). Subsequently, three-dimensional elementary modeling is performed (2) through the graphic-algorithm editor, Grasshopper, – integrated with the modeling tool, Rhinoceros 3D, – thus establishing, restrictions and variables in shape. In the third stage, threedimensional geometric transformations are correlated (twist, taper and shear) and solar incidence (3) through the computer interfaces of Ecotect Analysis and Grasshopper software. With this, the dimensional parameters assigned to the variables – geometric transformations – are linked to parameters of solar radiation, in order to generate shapes. After the selection of potential photovoltaic shapes, zones with the greatest incident solar radiation are identified and the control points of NURBS surface are manipulated (4). Using the geometric transformations taper, shear and twist, it was possible to generate a set of optimal solutions, correlating geometric and energetic data, integrating shape generating methods and performatic evaluation of solar exposure. The work identified that possibilities of articulation between photovoltaic planes and energetic efficiency have positive results, correlating shape variability and electricity generation.

A síntese de imagens com alta faixa dinâmica é uma prática cada vez mais comum em computação gráfica. O desafio consiste em relacionar o grande conjunto de intensidades da imagem sintetizada com um sub-conjunto muito inferior suportado por um dispositivo de exibição, evitando a perda de detalhes contrastivos. Os operadores locais de reprodução de tons (local tone-mapping operators) são capazes de realizar tal compressão, adaptando o nível de luminância de cada pixel com respeito à sua vizinhança. Embora produzam resultados significativamente superiores aos operadores globais, o custo computacional é consideravelmente maior, o que vem impedindo sua utilização em aplicações em tempo real. Este trabalho apresenta uma técnica para aproximar o operador fotográfico local de reprodução de tons. Todas as etapas da técnica são implementadas em GPU, adequando-se ao cenário de aplicações em tempo real, sendo significativamente mais rápida que implementações existentes e produzindo resultados semelhantes. A abordagem é baseada no uso de tabelas de áreas acumuladas (summed-area tables) para acelerar a convolução das vizinhanças, usando filtros da média (box-filter), proporcionando uma solução elegante para aplicações que utilizam imagens em alta faixa dinâmica e que necessitam de performance sem comprometer a qualidade da imagem sintetizada. Uma investigação sobre algoritmos para a geração de somatórios pré-fixados (prefix sum) e uma possível melhoria para um deles também são apresentada. / High dynamic range (HDR) rendering is becoming an increasingly popular technique in computer graphics. Its challenge consists on mapping the resulting images’ large range of intensities to the much narrower ones of the display devices in a way that preserves contrastive details. Local tone-mapping operators effectively perform the required compression by adapting the luminance level of each pixel with respect to its neighborhood. While they generate significantly better results when compared to global operators, their computational costs are considerably higher, thus preventing their use in real-time applications. This work presents a real-time technique for approximating the photographic local tone reproduction that runs entirely on the GPU and is significantly faster than existing implementations that produce similar results. Our approach is based on the use of summed-area tables for accelerating the convolution of the local neighborhoods with a box filter and provides an attractive solution for HDR rendering applications that require high performance without compromising image quality. A survey of prefix sum algorithms and possible improvements are also presented.

Métodos de simulação baseados em dinâmica de fluidos computacional (DFC) têm sido empregado em diversas areas de estudo, tais como aeroacústica, dinâmica dos gases, fluidos viscoelásticos, entre outros. Entretanto, a necessidade de maior acurácia e desempenho destes métodos têm dado origem a soluções representadas por conjuntos de dados cada vez mais complexos. Neste contexto, técnicas voltadas à extração de estruturas relevantes (features), e sua posterior visualização, têm um papel muito importante, tornando mais fácil e intuitiva a análise dos dados gerados por simulações. Os métodos de extração de estruturas detectam e isolam elementos significativos no contexto da análise dos dados. No caso da análise de fluidos, estas estruturas podem ser isosuperfícies de pressão, vórtices, linhas de separação, etc. A visualização, por outro lado, confere atributos visuais a estas estruturas, permitindo uma análise mais intuitiva através de sua inspeção visual. Tradicionalmente, métodos de DFC representam suas soluções como funções lineares definidas sobre elementos do domínio. Entretanto, a evolução desses métodos tem dado origem a soluções representadas analiticamente através de funções de alta ordem. Apesar destes métodos apresentarem características desejáveis do ponto de vista de eficiência e acurácia, os dados gerados não são compatíveis com os métodos de extração de estruturas ou de visualização desenvolvidos originalmente para dados interpolados linearmente. Uma alternativa para este problema consiste na redução da ordem dos dados através de reamostragem e posterior aplicação de métodos tradicionais para extração de estruturas e visualização. Porém, o processo de amostragem pode introduzir erros nos dados ou resultar em excessivo consumo de memória, necessária ao armazenamento das amostras. Desta forma, torna-se necessário o desenvolvimento de métodos de extração e visualização que possam operar diretamente sobre os dados de alta ordem. As principais contribuições deste trabalho consistem em dois métodos que operam diretamente sobre dados de alta ordem. O primeiro consiste em um método para extração e visualização de isosuperfícies. O método baseia-se em uma abordagem híbrida que, ao distribuir o esforço computacional envolvido na extração e visualização das isosuperfícies em operações executadas nos espaços do objeto e da imagem, permite a exploração interativa de isosuperfícies através da troca de isovalores. O segundo método consiste em uma técnica para extração de estruturas lineares, onde a avaliação da forma intervalar do operador parallel vectors, em conjunto com métodos de subdivisão adaptativa, é utilizada como critério de pesquisa destas estruturas. Ambos os métodos foram projetados para tirarem proveito do paralelismo do hardware gráfico. Os resultados obtidos são apresentados tanto para dados sintéticos quanto para dados de simulações gerados através do método de Galerkin discontínuo. / Computational fluid dynamics (CFD) methods have been employed in the studies of subjects such as aeroacoustics, gas dynamics, turbo machinery, viscoelastic fluids, among others. However, the need for accuracy and high performance resulted in methods whose solutions are becoming increasingly more complex. In this context, feature extraction and visualization methods play a key role, making it easier and more intuitive to explore and analyze the simulation data. Feature extraction methods detect and isolate relevant structures in the context of data analysis. In the case of flow analysis, these structures could be pressure isocontours, vortex cores, detachment lines, etc. By assigning visual attributes to these structures, visualization methods allow for a more intuitive analysis through visual inspection. Traditionally, CFD methods represent the solution as piecewise linear basis functions defined over domain elements. However, the evolution of CFD methods has led to solutions represented analytically by higher-order functions. Despite their accuracy and efficiency, data generated by these methods are not compatible with feature extraction and visualization methods targeted to linearly interpolated data. An alternative approach is resampling, which allows the use of existing low order feature extraction and visualization methods. However, resampling is not desirable since it may introduce error due to subsampling and increase memory consumption associated to samples storage. To overcome these limitations, attention has recently been given to methods that handle higher-order data directly. The main contributions of this thesis are two methods developed to operate directly over higher-order data. The first method consists of an isocontouring method. It relies on a hybrid technique that, by splitting the isocontouring workload over image and object space computations, allows for interactive data exploration by dynamically changing isovalues. The second method is a line-type feature extraction method. The search for features is accomplished using adaptive subdivision methods driven by the evaluation of the inclusion form of the parallel vectors operator. Both methods were designed to take advantage of the parallelism of current graphics hardware. The obtained results are presented for synthetic and real simulation higher-order data generated with the discontinuous Galerkin method.