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 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.

[pt] As particularidades e funções da representação gráfica de jóias são analisadas sob o aspecto histórico de sua evolução a partir do Século XVI na Europa e no Brasil, e através da documentação e análise dos processos de trabalho dos principais designers de jóias atuantes no período de estabelecimento da atividade joalheira no Rio de Janeiro, no período entre as décadas de 1950 e 1970. As origens e formações diversas destes profissionais que foram pioneiros no design de jóias e no uso e divulgação das gemas brasileiras a nível nacional e internacional. Este trabalho propõe uma sistematização do processo de representação gráfica de jóias e demonstra as possibilidades de sua complementação pelas novas tecnologias de informática. / [en] The particularities and functions of graphic representation of jewelry are analyzed under historical aspects of its evolution from XVI Century in Europe and Brasil, and through documentation and analysis of working process of the more significant jewelry designers in activity at the beginning of the jewelry industries in Rio de Janeiro. The origins and backgrounds of these professionals wich was the pioneers of jewelry design especially by using the brazilian gemstones. This work suggests a systematization of the jewelry graphic representation process and demonstrates the possibilities of its complement by new technologies of computer-aided design and computer-aided manufacturing.

[pt] Com a popularização do uso de computadores pessoais enfrenta-se o problema de projetar interfaces mais eficazes, que atendam a uma variedade cada vez maior de usuários. Uma interface gráfica é um complexo sistema de elementos visuais cujo significado ou função nem sempre é evidente. Várias abordagens foram dadas a este tema, mas pouco ainda se examinou sobre a capacidade significativa de uma interface. O objetivo da pesquisa aqui relatada foi compreender como a interface do Windows XP(marca registrada) produz significados e os transmite aos usuários. Para tanto, os signos da interface do Windows XP foram estudados, com base na teoria semiótica de Peirce, com relação à estrutura interna, seus objetos e interpretantes, com relação aos tipos de raciocínios que evocam e à capacidade de produzir conhecimentos, isto é sua semiose. Ícones, menus e controles da interface, em seus vários contextos e possibilidades de interpretação, foram selecionados como objetos de análise pela sua natureza diversa e pelo importante papel que desempenham na orientação da interação do usuário. Esta análise foi precedida de uma classificação dos elementos visuais do Windows, a partir de publicações do fabricante do sistema que tratam do design da interface. Para cada um desses elementos foi elaborada uma resenha sobre suas funções e funcionamento. Foram realizadas entrevistas com usuários que aceitaram se submeter a um teste. Este teste consistiu na realização de nove tarefas simples envolvendo o uso do Windows, destinadas a verificar a hipótese de que os signos de interfaces gráficas análogas à do Windows XP, por seu caráter fortemente simbólico, dependem mais do interpretante para completar sua semiose, e não cumprem efetivamente a tarefa de produzir e fazer chegar aos usuários informações suficientes para que aprendam a lidar com elas. / [en] The dissemination of personal computers has posed the designers the problem of developing more efficient interfaces that attend to the necessities of an ever growing diversity of users. At the same time, graphical user interfaces are complex systems of visual elements which meaning or function are not evident. Many approaches to these problems have been suggested, but little has been done towards the comprehension of graphical interfaces capacity to produce meaning. The goal of this work is to understand how Windows XP human interface produces meaning and conveys it to users. To do so, the signs of Windows XP interface where studied under the point of view of Peirce´s semiotics, in their relation to their inner properties, their objects and their interpretants, to the sort reasoning they arise, and to their power to create knowledge. Icons, menus and interface controls where selected as objects of analysis for their diversity and for the paper they play in the guidance of user interaction. This analysis was preceded by a detailed classification of Windows visual elements based on Microsoft´s publications concerning its interface design. A brief description of their characteristics and function was added to their classification. After the semiotic analysis an interaction test with Windows interface was accomplished with the help of some users, which were, afterwards, interviewed. This test consisted in the realization of nine tasks involving the interaction with Windows, which purpose was verify the hypothesis that the signs of the graphical interfaces analogous to that of Windows, for their strong symbolic character, rely much more on their interpretant to complete their semeiosis, and hence, they do not carry out effectively the task of producing and conveying enough information to users.

[pt] Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um Sistema de Encaixe de Figuras Planas utilizando a computação gráfica como ferramenta. Além do sistema de edição e encaixe, foi, também, desenvolvido um sub-sistema para o escalonamento automático de figuras. O sistema é todo guiado por menus, com plenas facilidades de correção de erros de entrada. Após a descrição do sistema, são apresentadas algumas saídas gráficas que ilustram a capacidade do programa. Finalmente, apresentam-se algumas conclusões sobre o trabalho, onde são discutidas as vantagens da utilização deste sistema em relação aos métodos tradicionais de encaixe. / [en] A computer graphics system for the nesting of plane figures was developed. The system consists of three programs. The first is for figure drawing and editing. The second is for pattern grading, while the last is for figure nesting. The system is user friendly, guided by menus with many error checking capabilities. Graphical examples are presented following a detailed discussion of the programs.

[pt] Com a evolução tecnológica, ambientes virtuais em 3D crescem continuamente em complexidade; este é o caso de ambientes multiescala, i.e., ambientes que contêm grupos de objetos com níveis de escala extremamente divergentes. Tal variação em escala dificulta a navegação interativa neste tipo de ambiente dado sua demanda repetitiva e não-intuitiva de ajustes em tanto velocidade quanto escala, levando em consideração os objetos que estão próximos ao observador, para garantir uma navegação estável e confortável. Esforços recentes tem sido desenvolvidos trabalhando com soluções fortemente baseadas na GPU que nem sempre podem ser viáveis dependendo da complexidade de uma cena. Nós apresentamos uma heurística de particionamento espacial para o ajuste automático de velocidade de navegação 3D em um ambiente multiescala virtual, minimizando o esforço computacional e transferindo este para a CPU, permitindo que a GPU possa focar na renderização. Nossa proposta descreve uma estratégia geométrica durante a fase de pré-processamento que nos permite estimar, em tempo real, qual é a menor distância entre o observador e o objeto mais próximo dele. A partir desta informação única, somos capazes de ajustar automaticamente a velocidade de navegação de acordo com a caraterística de escala da região na qual o observador se encontra. Com a informação topológica da cena obtida na fase de pré-processamento, somos capazes de responder, em tempo real, qual é o objeto mais próximo assim como o objeto visível mais próximo, que nos permite propor duas diferentes heurísticas de velocidade de navegação automática. Finalmente, com o objetivo de verificar o ganho de usabilidade alcançado com as abordagens propostas, foram realizados testes de usuário para avaliar a eficiência e precisão da navegação, assim como a satisfação subjetiva do usuário. Os resultados foram particularmente significantes ao demonstrar o ganho em precisão da navegação ao utilizar as abordagens propostas, tanto para usuários experientes quanto para leigos. / [en] With technological evolution, 3D virtual environments continuously increase in complexity; such is the case with multiscale environments, i.e., environments that contain groups of objects with extremely diverging levels of scale. Such scale variation makes it difficult to interactively navigate in this kind of environment since it demands repetitive and unintuitive adjustments in either velocity or scale, according to the objects that are close to the observer, in order to ensure a comfortable and stable navigation. Recent efforts have been developed working with heavy GPU based solutions that are not feasible depending on the complexity of the scene. We present a spatial partitioning heurístic for automatic adjustment of the 3D navigation speed in a multiscale virtual environment minimizing the workload and transferring it to the CPU, allowing the GPU to focus on rendering. Our proposal describes a geometric strategy during the preprocessing phase that allows us to estimate, in real-time phase, which is the shortest distance between the observer and the object nearest to him. From this unique information, we are capable to automatically adjusting the speed of navigation according to the characteristic scale of the region where the observer is. With the scene topological information obtained in a preprocessing phase, we are able to obtain, in real-time, the closest object and the visible objects, which allows us to propose two different heurístics for automatic navigation velocity. Finally, in order to verify the usability gain in the proposed approaches, user tests were conducted to evaluate the accuracy and echiency of the navigation, and users subjective satisfaction. Results were particularly significant for demonstrating accuracy gain in navigation while using the proposed approaches for both laymen and advanced users.

[pt] Neste trabalho, um - software - foi desenvolvido para prover predições do sinal em ambientes exteriores e interiores. O programa inclui dois diferentes modelos de propagação. Para situações urbanas com antenas baixas (Microcélulas) e para situações urbanas onde o receptor pode ser posicionado numa área - indoor - e o transmissor numa área urbana ( - outdoor -). O procedimento automatizado combina técnicas de várias diferentes disciplinas, incluindo computação gráfica e teoria eletromagnética assintótica, para reduzir o tempo de computação sem comprometer a precisão. Usando técnicas de computação gráfica, o tempo necessário para o lançamento de raios através da geometria urbana é grandemente reduzido. Os dados teóricos foram testados e validados por comparação com dados experimentais. Para modelar os diferentes mecanismos de propagação, a aproximação eletromagnética usada foi a OG/UTD. / [en] In this work, a software tool has been developed that provides accurate, sitespecific radio signal predictions for outdoor to indoor/outdoor locations. The program includes two different propagation models. For urban calculations with low antennas (Microcells) and for urban situations where receiver can be located at indoor area and transmitter antennas can be located at Urban area (outdoor). The software combines techniques from several different disciplines, including computer graphics and asymptotic electromagnetic theory, to reduce the calculation time without compromising accuracy. Using computer graphics techniques, the time necessary for shooting the rays through the urban geometry is greatly reduced. The calculation engine used has been tested and validated by comparison with measured data. In order to model the diferent propagation mechanisms, the eletromagnetic approach considered has been the GO/UTD combination.

[pt] Operações booleanas em modelagem 3D são usadas para criar novos modelos ou para modificá-los. Na maioria dos tipos de representação de objetos 3D, estas operações são bastante complexas. Nos últimos anos tem sido muito explorado um novo tipo de modelagem, a modelagem por pontos, que apresenta muitas vantagens em relação às outras representações como maior simplicidade e eficiência. Dois trabalhos exploram as operações booleanas na modelagem por pontos, o trabalho de Adams e Dutré e o trabalho de Pauly et. al. Dada a grande importância deste novo tipo de modelagem e do uso de operações booleanas, esta dissertação apresenta uma introdução à modelagem por pontos, implementa o algoritmo proposto em Adams e Dutré com algumas melhorias e o compara com o método de Pauly et. al. / [en] Boolean operations are used to create or modify models. These operations in the majority of 3D object representations are very complex. In the last years a significant trend in computer graphics has been the shift towards point sampled 3D models due to their advantages over other representations, such as simplicity and efficiency. Two recent works present algorithms to perform interactive boolean operations on point-based models: the work by Adams and Dutré and the work by Pauly et. Al.. Due to great importance of this novel representation and of the use of boolean operations, the present work makes an introduction to point-based representation, implements the algorithm proposed by Adams and Dutré with some improvements, and compares this implementation with the work by Pauly et. al..

[pt] Com o objetivo de demonstrar as possibilidades oferecidas pelas tecnologias tridimensionais, no entendimento das doenças cardíacas e testar tratamentos inovadores, o presente estudo obteve imagens da região torácica de um paciente utilizando tomografia computadorizada multi-fatias. Essas imagens foram tratadas, para selecionar apenas a região de interesse, obtendo-se um modelo tridimensional digital da aorta torácica e tóraco-abdominal. A partir daí, foram confeccionados uma serie de modelos físicos, com a utilização da manufatura aditiva, e testados com diversos materiais para simular a estrutura elástica deste vaso. Após a construção dos modelos físicos, as imagens obtidas foram processadas e renderizadas e um modelo de simulação virtual foi criado para testar procedimentos minimamente invasivo. O uso de imagens da Tomografia Computadorizada, transformadas em modelos matemáticos virtuais e posteriormente em representação física, através da tecnologia aditiva, expande as possibilidades didáticas do ensino medico e possibilitam simular práticas e procedimentos cardiológicos minimamente invasivos. / [en] In order to demonstrate the possibilities provided by three-dimensional technologies, to understand disease states and test innovative treatments, this study obtained images of the thoracic region of a patient using multi-slice Computerized Tomography (CT). These images were handled to select only the region of interest, obtaining a three-dimensional digital model of thoraco-abdominal and thoracic aorta. Thereafter, a series of physical models were made using additive manufacturing and thoroughly tested on materials to simulate the elastic structure of the vessel. After building up physical models, the images were processed and rendered, and a virtual simulation model was created to test minimally invasive procedures. The CT s images transformed into virtual mathematical models and later in physical representation, by additive technology, expand educational opportunities and enable simulation of minimally invasive cardiological procedure.