Tesis por compendio / [ES] El objetivo de esta tesis doctoral es evaluar la técnica de imagen hiperespectral en el rango visible e infrarrojo cercano, en combinación con técnicas quimiométricas para la evaluación de la calidad de la fruta en poscosecha de manera eficaz y sostenible. Con este fin, se presentan diferentes estudios en los que se evalúa la calidad de algunas frutas que por su valor económico, estratégico o social, son de especial importancia en la Comunidad Valenciana como son el caqui 'Rojo Brillante', la granada 'Mollar de Elche', el níspero 'Algerie' o diferentes cultivares de nectarina. En primer lugar se llevó a cabo la monitorización de la calidad poscosecha de nectarinas 'Big Top' y 'Magique' usando imagen hiperespectral en reflectancia y transmitancia. Al mismo tiempo se evaluó la transmitancia para la detección de huesos abiertos. Se llevó a cabo también un estudio para distinguir los cultivares 'Big Top' y "Diamond Ray", los cuales poseen un aspecto muy similar pero sabor diferente. En cuanto al caqui 'Rojo Brillante', la imagen hiperespectral fue estudiada por una parte para monitorear su madurez, y por otra parte para evaluar la astringencia de esta fruta, que debe ser completamente eliminada antes de su comercialización. Las propiedades físico-químicas de la granada 'Mollar de Elche' fueron evaluadas usando imagen de color e hiperespectral durante su madurez usando la información de la fruta intacta y de los arilos. Finalmente, esta técnica se usó para caracterizar e identificar los defectos internos y externos del níspero 'Algerie'. En la predicción de los índices de calidad IQI y RPI usando imagen en reflectancia y transmitancia se obtuvieron valores de R2 alrededor de 0,90 y en la discriminación por firmeza, una precisión entorno al 95 % usando longitudes de onda seleccionadas. En cuanto a la detección de huesos abiertos, el uso de la imagen hiperespectral en transmitancia obtuvo un 93,5 % de clasificación correcta de frutas con hueso normal y 100 % con hueso abierto usando modelos PLS-DA y 7 longitudes de onda. Los resultados obtenidos en la clasificación de los cultivares 'Big Top' y 'Diamond Ray' mostraron una fiabilidad superior al 96,0 % mediante el uso de modelos PLS-DA y 14 longitudes de onda seleccionadas, superando a la imagen de color (56,9 %) y a un panel entrenado (54,5 %). Con respecto al caqui, los resultados obtenidos indicaron que es posible distinguir entre tres estados de madurez con una precisión del 96,0 % usando modelos QDA y se predijo su firmeza obteniendo un valor de R2 de 0,80 usando PLS-R. En cuanto a la astringencia, se llevaron a cabo dos estudios similares en los que en el primero se discriminó la fruta de acuerdo al tiempo de tratamiento con altas concentraciones de CO2 con una precisión entorno al 95,0 % usando QDA. En el segundo se discriminó la fruta de acuerdo a un valor de contenido en taninos (0,04 %) y se determinó qué área de la fruta era mejor para realizar esta discriminación. Así se obtuvo una precisión del 86,9 % usando la zona media y 23 longitudes de onda. Los resultados obtenidos para la granada indicaron que la imagen de color e hiperespectral poseen una precisión similar en la predicción de las propiedades fisicoquímicas usando PLS-R y la información de la fruta intacta. Sin embargo, cuando se usó la información de los arilos, la imagen hiperespectral fue más precisa. En cuanto a la discriminación del estado de madurez usando PLS-DA, la imagen hiperespectral ofreció mayor precisión, 95,0 %, usando la información de la fruta intacta y del 100 % usando la de los arilos. Finalmente, los resultados obtenidos para el níspero indicaron que la imagen hiperespectral junto con el método de clasificación XGBOOST pudo discriminar entre muestras con y sin defectos con una precisión del 97,5 % y entre muestras sin defectos o con defectos internos o externos con una precisión del 96,7 %. Además fue posible distinguir entre los dife / [CA] L'objectiu de la present tesi doctoral se centra en avaluar la capacitat de la imatge hiperespectral en el rang visible i infraroig pròxim, en combinació amb mètodes quimiomètrics, per a l'avaluació de la qualitat de la fruita en post collita de manera eficaç i sostenible. A aquest efecte, es presenten diferents estudis en els quals s'avalua la qualitat d'algunes fruites que pel seu valor econòmic, estratègic o social, són d'especial importància a la Comunitat Valenciana com són el caqui 'Rojo Brillante', la magrana 'Mollar de Elche', el nispro 'Algerie' o diferents cultivares de nectarina. En primer lloc es va dur a terme la monitorització de la qualitat post collita de nectarines 'Big Top' i 'Magique' per mitjà d'imatge hiperespectral en reflectància i trasnmitancia. Així mateix es va avaluar la transmitància per a la detecció d'ossos oberts. Es va dur a terme també un estudi per distingir els cultivares 'Big Top' i 'Diamond Ray', els quals posseeixen un aspecte molt semblant però sabor diferent. Pel que fa al caqui 'Rojo Brillante', la imatge hiperespectral va ser estudiada d'una banda per a monitoritzar la seua maduresa, i per un altre costat per avaluar l'astringència, que ha de ser completament eliminada abans de la seua comercialització. Les propietats fisicoquímiques de la magrana 'Mollar de Elche' van ser avaluades per la imatge de color i hiperespectral durant la seua maduresa usant la informació de la fruita intacta i els arils. Finalment, aquesta tècnica es va fer servir per caracteritzar i identificar els defectes interns i externs del nispro 'Algerie'. En la predicció dels índexs de qualitat IQI i RPI usant imatge en reflectància com en trasnmitancia es van obtindre valors de R2 al voltant de 0,90 i en la discriminació per fermesa una precisió entorn del 95,0 % utilitzant longituds d'ona seleccionades. Pel que fa a la detecció d'ossos oberts, l'ús de la imatge hiperespectral en transmitància va obtindre un 93,5 % classificació correcta de fruites amb os normal i 100 % amb os obert usant models PLS-DA i 7 longituds d'ona. Els resultats obtinguts en la classificació dels cultivares 'Big Top' i 'Diamond Ray' van mostrar una fiabilitat superior al 96,0 % per mitjà de l'ús de models PLS-DA i 14 longituds d'ona, superant a la imatge de color (56,9 %) i a un panell sensorial entrenat (54,5 %). Quant al caqui, els resultats obtinguts van indicar que és possible distingir entre tres estats de maduresa amb una precisió del 96,0 % usant models QDA i es va predir la seua fermesa obtenint un valor de R2 de 0,80 usant PLS-R. Pel que fa a l'astringència, es van dur a terme dos estudis similars en què el primer es va discriminar la fruita d'acord al temps de tractament amb altes concentracions de CO2 amb una precisió al voltant del 95,0 % usant QDA. En el segon, es va discriminar la fruita d'acord a un valor de contingut en tanins (0,04 %) i es va determinar quina part de la fruita era millor per a realitzar aquesta discriminació. Així es va obtindre una precisió del 86,9 % usant la zona mitjana i 23 longituds d'ona. Els resultats obtinguts per la magrana van indicar que la imatge de color i hiperespectral posseïxen una precisió semblant a la predicció de les propietats fisicoquímiques usant PLS-R i la informació de la fruita intacta. No obstant això, quan es va usar la informació dels arils, la imatge hiperespectral va ser més precisa. Quant a la discriminació de l'estat de maduresa usant PLS-DA, la imatge hiperespectral va oferir major precisió (95,0 %) usant la informació de la fruita intacta i del 100 % usant la dels arils. Finalment, els resultats obtinguts pel nispro indiquen que la imatge hiperespectral juntament amb el mètode de classificació XGBOOST va poder discriminar entre mostres amb i sense defectes amb una precisió del 97,5 % i entre mostres sense defectes o amb defectes interns o externs amb una precisió del 96,7 %. A més, va ser possible distingir entre / [EN] The objective of this doctoral thesis is to evaluate the potential of the hyperspectral imaging in the visible and near infrared range in combination with chemometrics for the assessment of the postharvest quality of fruit in a non-destructive, efficient and sustainable manner. To this end, different studies are presented in which the quality of some fruits is evaluated. Due to their economic, strategic or social value, the selected fruits are of special importance in the Valencian Community, such as Persimmon 'Rojo Brillante', the pomegranate 'Mollar de Elche', the loquat 'Algerie' or different nectarine cultivars. First, the quality monitoring of 'Big Top' and 'Magique' nectarines was carried out using reflectance and transmittance images. At the same time, transmittance was evaluated for the detection of split pit. In addition, a classification was performed to distinguish the 'Big Top' and 'Diamond Ray' cultivars, which look very similar but have different flavour. Whereas that for the 'Rojo Brillante' persimmon, the hyperspectral imaging was studied on the one hand to monitor its maturity, and on the other hand to evaluate the astringency of this fruit, which must be completely eliminated before its commercialization. The physicochemical properties of the 'Mollar de Elche' pomegranate were evaluated by means of hyperspectral and colour imaging during its maturity using the information from the intact fruit and arils. Finally, this technique was used to characterise and identify the internal and external defects of the 'Algerie' loquat. In the prediction of the IQI and RPI quality indexes using reflectance and transmittance images, R2 values around 0.90 were obtained and in the discrimination according to firmness, accuracy around 95.0 % using selected wavelengths was obtained. Regarding the split pit detection, the use of the hyperspectral image in transmittance mode obtained a 93.5 % of fruits with normal bone correctly classified and 100% with split pit using PLS-DA models and 7 wavelengths. The results obtained in the classification of 'Big Top' and 'Diamond Ray' fruits show accuracy higher than 96.0 % by using PLS-DA models and 14 selected wavelengths, higher than the obtained with colour image (56.9 %) and a trained panel (54.5 %). According to persimmon, the results obtained indicated that it is possible to distinguish between three states of maturity with an accuracy of 96.0 % using QDA models and its firmness was predicted obtaining a R2 value of 0.80 using PLS-R. Regarding astringency, two similar studies were carried out. In the first study, the fruit was classified according to the time of treatment with high concentrations of CO2 with a precision of around 95.0 % using QDA. In the second, the fruit was discriminated according to a threshold value of soluble tannins (0.04 %) and was determined what fruit area was better to perform this discrimination. Thus, an accuracy of 86.9 % was obtained using the middle area and 23 wavelengths. The results obtained for the pomegranate indicated that the use of colour and hyperspectral images have a similar precision in the prediction of physicochemical properties using PLS-R and the intact fruit information. However, when the information from the arils was used, the hyperspectral image was more accurate. Regarding the discrimination by the state of maturity using PLS-DA, the hyperspectral image offered greater precision, of 95.0 % using the information from the intact fruit and 100 % using that from the arils. Finally, the results obtained for the 'Algerie' loquat indicated that the hyperspectral image with the XGBOOST classification method could discriminate between sound samples and samples with defects with accuracy of 97.5 % and between sound samples or samples with internal or external defects with an accuracy of 96.7 %. It was also possible to distinguish between the different defects with an accuracy of 95.9 %. / Munera Picazo, SM. (2019). Application of hyperspectral imaging combined with chemometrics for the non-destructive evaluation of the quality of fruit in postharvest [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125954 / Compendio

[pt] Este trabalho dá continuidade ao desenvolvimento de uma metodologia para extensão e configuração de aplicações gráficas interativas utilizadas em simulações baseadas no método dos elementos finitos (MEF). Novos atributos requisitados pelos módulos de análise podem ser facilmente incluídos nos pré- e pós-processadores. Os atributos são definidos, através de uma linguagem de extensão interpretada relativamente simples, em um arquivo de configuração. A configuração e extensão é feita a partir da criação de classes e métodos, no contexto da programação orientada a objetos, de atributos da simulação. Esta metodologia foi implementada no desenvolvimento de um sistema integrado para simulações numéricas de problemas bidimensionais em geotecnia pelo MEF. A tese apresenta, inicialmente, uma discussão sobre a evolução dos sistemas utilizados para simulações numéricas na mecânica computacional, desenvolvidos no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio, indicando os problemas existentes. A seguir, é apresentada uma extensão da arquitetura do módulo utilizado para o gerenciamento e extensão configurável dos atributos (ESAM), que, originalmente, considerava uma abordagem onde atributos só podiam ser aplicados a entidades geométricas. A nova arquitetura permite que atributos também possam ser aplicados diretamente em nós e elementos de uma malha de elementos finitos. O sistema implementado através da integração dos módulos utilizados para pré-processamento, análise numérica e pós- processamento com o módulo de gerenciamento de atributos resultou em um sistema bastante flexível, podendo ser estendido por um usuário configurador para diversos outros tipos de simulação. As fases envolvidas em um processo de simulação na mecânica computacional (definição da geometria, especificação dos atributos, geração da malha de elementos finitos, análise numérica e visualização dos resultados) são ilustradas em um exemplo de aplicação do sistema proposto. / [en] This work continues the development of a methodology for extension and configuration of interactive graphics applications utilized on a finite element simulations. New attributes necessary for the analysis modules can be easily included in pre- and post-processor modules. The attributes are defined, through a relatively simple interpreted extension language, in a configuration file. The extension and configuration is performed through the creation of classes and methods, in the context of object oriented programming, of simulation attributes. This methodology was implemented in development of an integrated system for two- dimensional numerical simulation of geotechnical problems by the finite element method. The dissertation presents, initially, a discussion on the evolution of the systems used for numerical simulations in computational mechanics, developed in Department of Civil Engineering of PUC-Rio, pointing the existing problems. In the sequence, it is presented an extension of architecture of module that manager extension the simulation attributes (ESAM), that, originally, considerated only an approach where attributes could be applied in geometrical entities. The new architecture permits that attributes may also be applied directly to nodes and elements of a finite element mesh. The system implemented through the integration of the pre- processing, numerical analysis and post-processing modules, with the attribute management module resulted in a very flexible system, that can be extended for several other types of simulations. The phases involved in a simulations of a computational mechanics process (geometry defined, attributes specification, automatic mesh generation, numerical analysis and visualization of results) are illustrated in an application example of the proposed system. / [es] Este trabajo da continuidad al desarrollo de una metodología para extensión y configuración de aplicaciones gráficas interactivas utilizadas en simulaciones que tiene como base el método de los elementos finitos (MEF). Los nuevos atributos que requieran los módulos de análisis pueden ser facilmente incluidos en los pre y pos procesadores. Los atributos son definidos, a través de un lenguaje de extensión interpretada relativamente simple, en un archivo de configuración. La configuración y extensión se realiza a partir de la creación de clases y métodos, en el contexto de la programación orientada a objetos, de atributos de la simulación. Esta metodología fue implementada en el desarrollo de un sistema integrado para simulaciones numéricas de problemas bidimensionales en geotecnía por el MEF. La tesis presenta, inicialmente, una discusión sobre la evolución de los sistemas utilizados para simulaciones numéricas en la mecánica computacional, desarrollados por el Departamento de Ingeniería Cívil de la PUC-Rio, indicando los problemas existentes. A seguir, se presenta una extensión de la arquitectura del módulo utilizado para el gerenciamiento y extensión configurable de los atributos (ESAM) que, originalmente, consideraba una abordaje donde los atributos solo podían ser aplicados a entidades geométricas. La nueva arquitectura permite que los atributos también puedan ser aplicados directamente en nodos y elementos de una malla de elementos finitos. El sistema implementado a través de la integración de los módulos utilizados para preprocesamiento, análisis numérico y posprocesamiento con el módulo de gerenciamento de atributos tuvo como resultado un sistema bastante flexible, que puede ser extendido por un usuario configurador para diversos otros tipos de simulación. Las fases involucradas en un proceso de simulación en la mecánica computacional (definición de la geometría, especificación de los atributos, generación de la malla de elementos finitos, análisis numérico y visualización de los resultados) son ilustradas en un ejemplo.

[pt] Em geologia sedimentar estudam-se as formações e evoluções de sedimentos que formam camadas rochosas que encobrem a crosta terrestre. Diferentes processos físicos, químicos e biológicos são responsáveis pela formação e distribuição de sedimentos. Em um ambiente subaquoso são predominantes as rochas sedimentares de origem terrígena e carbonática. As rochas carbonáticas são oriundas de processos químicos, bioquímicos e aloquímicos envolvendo a deposição e decomposição de organismos ricos em cálcio como algas, conchas e corais. Essas rochas vêm sendo amplamente estudadas na indústria de óleo e gás, pois podem ser bons reservatórios de hidrocarbonetos. Tendo em vista a importância destas rochas, este trabalho concentra-se na formação e evolução de plataformas carbonáticas, existentes principalmente em ambientes de águas quentes e claras. Neste contexto, é proposto um modelo matemático determinístico que possa representar a evolução de plataformas carbonáticas dados alguns parâmetros iniciais como a subsidência inicial, taxas de crescimento e variações do nível do mar. Em cima deste modelo matemático foi desenvolvido um simulador computacional de sedimentação carbonática tridimensional, CarbSM, que leva em conta três fábricas carbonáticas: interior da plataforma, borda da plataforma e águas profundas. Com esses ambientes são associadas taxas máximas de crescimento in situ, além de funções restritivas, tais como: profundidade, condições marinhas e sedimentação terrígena; possibilitando o cálculo das taxas resultantes. Desta forma, o sistema é capaz de simular a evolução de plataformas carbonáticas em diversos cenários geológicos. Para entrada de dados e análise dos resultados obtidos, CarbSM oferece uma extensa interface ao usuário e utiliza técnicas de computação gráfica para visualização tridimensional interativa dos modelos. / [en] Sedimentary geology focuses on the formation and evolution of the Earth’s surface. Various physical, chemical and biological processes are responsible for supplying and distributing sediments. The presence of sedimentary rocks of siliciclastic and carbonate origins are dominant in subaqueous environments. Carbonate rocks are originated from biochemical processes involving the deposition and decomposition of calcium rich organism such as algae, shells and corals. These types of rocks are of great interest for the oil and gas industry due to their potential to form good hydrocarbon reservoirs. Therefore, this work studies the formation and evolution of carbonate platforms, most common in clear and hot waters. A deterministic mathematical model is proposed to represent the evolution of carbonate platforms given a set of entry data like initial subsidence, growth rates and sea level fluctuations. Based on this mathematical model a tridimensional carbonate sedimentation computational simulator, CarbSM, was developed taking into account three carbonate factories: platform interior, platform margin and deep-water carbonates. These environments are linked to maximum in situ growth rates and the resulting rates are obtained through a series of restriction functions, such as: depth, marine conditions and clastic sedimentation. This way, the developed tool can simulate the evolution of carbonate platforms within diverse geological scenarios. CarbSM offers an extensive user interface and uses computer graphics rendering techniques for data input and interactive tridimensional visualization of the simulated models.

[pt] Projetos recentes de Estruturas Offshore criaram a necessidade de prototipação virtual de modelos de CAD massivos. Esses modelos tipicamente têm centenas de milhões de triângulos e, por essa razão, não podem ser enviados diretamente para as placas gráficas atuais que podem renderizar interativamente apenas alguns milhões de triângulos. Existem várias abordagens para lidar com esse problema incluindo uma nova estratégia de uso de impostores baseada na visualização de Voxels. Essa estratégia é promissora, já que lida bem com níveis de detalhe, oclusão e armazenamento em memória secundária. Esta dissertação apresenta uma variação do algoritmo de Voxels Distantes (Far Voxels), que é implementada e testada sobre modelos de CAD típicos. Finalmente, a partir desses testes, a dissertação apresenta algumas conclusões e sugestões para trabalhos futuros. / [en] Current projects of Offshore Structures require virtual prototyping of huge CAD models. These models usually have hundreds of millions of triangles and for this reason they cannot be sent directly to current graphical boards that can render interactively only a few millions of triangles. There are many different approaches to deal with this problem including a new impostor strategy based on Voxel visualization. This strategy is promising because it deals well with level of detail, occlusion and out of core model storage. This dissertation presents a variant of the Far Voxels algorithm. This variant is implemented and tested against typical CAD models. Finally, from these tests, the dissertation presents some conclusions and suggestions for future work.

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

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:53:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um modelo para síntese de texturas a partir de amostras, mais especificamente para síntese de texturas com elementos que variam progressivamente ao longo da textura, conhecidas como Progressively-Variant Textures (PVT). Este tipo de textura é comum na Natureza, particularmente na pelagem de animais como leopardos. Os algoritmos de síntese existentes, na grande maioria, não permitem qualquer controle sobre o resultado final, ou então, os que permitem, são limitados ou tem problemas de performance inerente ao método de síntese utilizado (pixel-a-pixel). Para resolvermos estes problemas, propomos um algoritmo baseado numa nova unidade de síntese: o texel. O nosso algoritmo sintetiza uma nova textura agrupando texels que satisfazem um critério de similaridade numa vizinhança. As características de uma PVT são obtidas com transformações afim e operações morfológicas aplicadas sobre os texels e definidas pelo usuário. Os resultados obtidos apresentam uma ótima qualidade visual para uma / We present a model for texture synthesis from samples, particularly for synthesis of textures with smooth variation of the texture elements, known as Progressively-Variant Textures (PVT). This type of textures is common in Nature, specially in animal coat markings such as leopards. Current solutions, for the most part, do not allow much control by the user or the ones which do allow control are limited or have problems due to the pixel-at-a-time nature of synthesis. We address these problems with the introduction of an algorithm based on a new building block for synthesis: the texel. Our solution builds a new texture grouping texels which satisfy a neighborhood similarity criterion. The PVT features are introduced with affine transformations and morphological operators defined by the user and applied to the texels. The results show a good visual quality for a large number of sample textures, including cases where current solutions for natural textures fail. Besides, the many possibilities for variation of te

Esta dissertação investiga soluções para o problema genérico de geração de vistas sintéticas a partir de um conjunto de imagens utilizando a abordagem Depth-Image-Based Rendering. Essa abordagem utiliza um formato compacto para a representação de imagens 3D, composto basicamente por duas imagens, uma colorida para a vista de referência e outra em tons de cinza com a correspondência de disparidade para cada pixel. Soluções para esse problema beneficiam aplicações como Free Viewpoint Television. O maior desafio é o preenchimento de regiões sem informação de projeção considerando o novo ponto de vista, genericamente denominados holes, além de outros artefatos como cracks e ghosts que ocorrem por oclusões e erros no mapa de disparidade. Nesta dissertação apresentamos técnicas para remoção e tratamento de cada uma das classes de potenciais artefatos. O conjunto de métodos propostos apresenta melhores resultados quando comparado com o atual estado da arte em geração de vistas sintéticas com o modelo DIBR para o conjunto de dados Middlebury, considerando-se as métricas SSIM e PSNR. / This dissertation investigates solutions to the general problem of generating synthetic views from a set of images using the Depth-Image-Based Rendering approach. This approach uses a compact format for the 3D image representation, composed basically of two images, one color image for the reference view and other grayscale image with the disparity information available for each pixel. Solutions to this problem benefit applications such as Free Viewpoint Television. The biggest challenge is filling in regions without projection information considering the new viewpoint, usually called holes, and other artifacts such as cracks and ghosts that occur due to occlusions and errors in the disparity map. In this dissertation we present techniques for removal and treatment of each of these classes of potential artifacts. The set of proposed methods shows improved results when compared to the current state of the art generation of synthetic views using the DIBR model applied to the Middlebury dataset, considering the SSIM and PSNR metrics.

Futebol é um esporte fascinante que capta a atenção de milhões de pessoas no mundo. Equipes de futebol profissionais, bem como os meios de comunicação, têm um profundo interesse na análise de partidas de futebol. Análise estatística é a abordagem mais usada para descrever um jogo de futebol, no entanto, muitas vezes eles não conseguem captar a evolução do jogo e as mudanças de estratégias que aconteceram. Neste trabalho, apresentamos Visual Soccer Match Analysis (VSMA), uma ferramenta para a compreensão dos diferentes aspectos relacionados com a evolução de um jogo de futebol. A nossa ferramenta recebe como entrada as coordenadas de cada jogador durante o jogo, bem como os eventos associados. Apresentamos um design visual que permite identificar rapidamente padrões relevantes em jogo. A abordagem foi desenvolvida em conjunto com colegas da área da educação física com experiência em análise de futebol. Validamos a utilidade da nossa abordagem utilizando dados de várias partidas, juntamente com avaliações de especialistas. / Soccer is a fascinating sport that captures the attention of millions of people in the world. Professional soccer teams, as well as the broadcasting media, have a deep interest in the analysis of soccer matches. Statistical summaries are the most-used approach to describe a soccer match. However, they often fail to capture the evolution of the game and changes of strategies that happen. In this work, we present the Visual Soccer Match Analysis (VSMA) system, a tool for understanding the different aspects associated with the evolution of a soccer match. Our tool receives as input the coordinates of each player throughout the match and related events. We present a visual design that allows to quickly identify relevant patterns in the match. Our approach was developed in conjunction with colleagues from the physical education field with expertise in soccer analysis. We validated the system utility using several matches together with expert evaluations.

Esta dissertação investiga os efeitos da imersão física em jogos sérios com propósitos de aprendizado perceptivo. O principal objetivo é identificar um conjunto de orientações de design para ajudar desenvolvedores a escolher o nível apropriado de imersão a ser usado em jogos sérios a fim de assegurar que o jogo seja efetivo e confortável para os usuários. A hipótese principal é que altos níveis de imersão melhoram os resultados dos jogos sérios, mas níveis de imersão moderados também podem ser adequados com a vantagem de que causa menos mal-estar nos usuários. Nós organizamos uma revisão da literatura para melhor entender como a imersão física está sendo usada atualmente em jogos sérios, como a efetividade tem sido avaliada, e como a imersão afeta os resultados do jogo e a usabilidade. Então, nós conduzimos dois estudos de usuário empíricos para investigar os efeitos da fidelidade de display, interação e locomoção na percepção dos usuários e retenção de conhecimento. Para os experimentos, nós adaptamos um jogo sério previamente desenvolvido para análise de percepção de riscos, e desenvolvemos um novo jogo para educar trabalhadores sobre procedimentos de segurança que precisam ser seguidos durante instalações elétricas na linha de manutenção elétrica. Os resultados mostraram que, em geral, a fidelidade de display tem impacto na percepção de riscos quando procurando por riscos que não são óbvios. Alta fidelidade de display tem melhor desempenho na identificação de riscos complexos. A fidelidade de locomoção e interação não apresentou diferenças significantes no aprendizado perceptivo. Alta fidelidade também apresentou maior workload, mas nas mesmas condições a corretividade das tarefas foi maior e os participantes lembraram dos procedimentos tanto no pós-teste quanto no teste de retenção. Portanto, a retenção de conhecimento não foi afetada pelo workload introduzido pela técnica interativa. A partir destes experimentos, nós elaboramos e discutimos um conjunto de orientações de design que podem ser considerados para a escolha do nível apropriado de imersão física para ser usado no desenvolvimento de novos jogos sérios. / Nowadays, several application areas are adopting serious games as an ethical, safe and low-cost alternative to performing dangerous tasks, such as training of firefighters, and for medical surgeries. The employment of Virtual Reality in serious games helps to provide virtual environments much more realistic and better immersive experiences to the user. However, some VR systems can still cause sickness symptoms, such as nausea and headaches, and some of them can be expensive, such as CAVEs. This thesis investigates the effects of physical immersion on serious games with perceptual learning purposes. Its main goal is to identify a set of design guidelines to help developers on choosing the appropriate level of immersion to be used in serious games in order to assure it is effective and comfortable for users. The main hypothesis is that higher levels of immersion improve serious games outcomes, but moderate immersion may be also adequate with the advantage of causing less simulation sickness on users. We organized a survey of the literature to better understand how physical immersion is being currently used on serious games, how its effectiveness has been assessed, and how immersion impacts on the game outcomes and usability. Then, we conducted two empirical user studies looking for investigating the effects of the display, interaction and locomotion fidelity on users’ perception and knowledge retention. For the experiments, we adapted a serious game previously developed for risk assessment and developed a new one to educate workers in electricity-line maintenance on safety procedures that need to be followed during electric installations. Results showed that, in general, display fidelity has an effect on risk perception when searching for non-obvious risks. Higher display fidelity has better performance on complex risks identification. Interaction and locomotion fidelity did not show a significant difference in perceptual learning. Naturalness also presented higher workload, but in the same conditions the correctness of tasks was high and subjects recall the procedures in both post- and retention-test. Therefore, knowledge retention is not impacted by the workload imposed by the interactive technique. From these experiments, we elaborated and discussed a set of design guidelines that can be considered for the choice of the appropriate physical immersion to be used on the development of new serious games.

Os rankings musicais destinam-se principalmente a fins de marketing, mas também ajudam os usuários a descobrir novas músicas, bem como a comparar artistas, álbuns, etc. Este trabalho apresenta uma ferramenta interativa para visualizar, encontrar e comparar rankings musicais usando diferentes técnicas além de exibir atributos das músicas. A técnica foi concebida após uma pesquisa remota que coletou dados sobre como as pessoas escolhem música. As técnicas de visualização tornam mais fácil obter informações sobre artistas e faixas, e também comparar os dados obtidos a partir dos dois principais rankings de música, Billboard e Spotify. A ferrament também permite a interação com dados pessoais. Resultados de experimentos conduzidos com usuários potenciais mostraram que a ferramenta foi considerada interessante, com um layout atrativo. Comparando com as formas tradicionais de visualizar rankings de músicas, usuários preferiram a ferramenta aqui desenvolvida, mas a diferença para Billboard e Spotify não foi grande. Entretanto, quando avaliada a usabilidade da ferramenta, os resultados foram melhores, principalmente no que se refere à filtragem e às técnicas de comparação. MusicVis foi também considerado fácil de aprender. / Music rankings are mainly aimed at marketing purposes but also help users in discovering new music as well as comparing songs, artists, albums, etc. This work presents an interactive way to visualize, find and compare music rankings using different techniques, including the display of music attributes. The technique was conceived after a remote survey we conducted to collect data about how people choose music. Our visualization makes easier to obtain information about artists and tracks, and also to compare the data gathered from the two major music rankings, namely Billboard and Spotify. The tool also provides interaction with personal data. The results obtained from experiments with potential users showed that the tool was considered interesting, with an attractive layout. Compared to traditional music ranking tools users preferred ours, but with not such a large difference from using Billboard or Spotify. However, when evaluating the usability of our tool, results are positive, mainly concerning to data filtering and comparison features. MusicVis was also considered easy to learn.