Nos últimos anos, vários esforços têm sido realizados para desenvolver ambientes de simulação mais amigáveis para seus usuários (modeladores e tomadores de decisões). Técnicas de computação gráfica tem sido largamente utilizadas na interface com o usuário, tanto para a apresentação dos resultados da simulação em pós-processamento ou durante a experimentação, como para a construção de modelos de simulação através de editores gráficos. Desta forma, vários estudos na área de simulação têm sido direcionados para ambientes que ofereçam facilidades para a modelagem e experimentação, trazendo novos conceitos como simulação interativa visual (VIS - Visual Interactive Simulation) e modelagem interativa visual (VIM - Visual Interactive Modeling). A partir de estudos de diversos sistemas e ambientes de simulação, através de uma análise de seus recursos e facilidades disponíveis, são definidos de forma bem clara os conceitos de VIS e VIM. VIM se refere à construção do modelo de simulação com auxílio de recursos visuais e interativos na fase de modelagem, enquanto que VIS se refere a execução do modelo de simulação (usa a descrição gerada em VIM) através de recursos oferecidos na fase de experimentação. Desta forma, são estabelecidas as características desejáveis para ambientes de VIS e VIM. Com base nestes estudos foi identificada a ausência de um ambiente de simulação que integre os recursos de VIS e VIM, ao mesmo tempo, durante a experimentação do modelo. Deste modo, este trabalho propõe uma nova abordagem para ambientes de simulação que Integra propriedades e recursos encontrados em VIS e VIM. Esta nova abordagem, chamada VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), tem como objetivo o controle completo de todo o processo de simulação permitindo que o usuário tenha, ao mesmo tempo, controle sobre as tarefas de experimentação e possibilidade de modificação do modelo de simulação durante ela. Para permitir a validação desta nova abordagem, foi desenvolvido o ambiente VISME (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment) que tem como característica principal o use de recursos visuais tanto na construção como experimentação do modelo. o ambiente VISME possui três módulos principais, totalmente integrados através de uma interface única: um diagrama de classes hierárquico para a construção da estrutura estática do modelo de simulação; um diagrama de estados para descrever o comportamento das entidades do modelo; e, um editor gráfico específico que permite construir o cenário (apresentação visual) do modelo utilizado na experimentação. Além destes módulos que dão suporte a fase de modelagem, o ambiente VISME possui todos os recursos necessários para experimentar com o modelo. Tais recursos, caracterizados por sua natureza gráfica e interativa, estão totalmente integrados com as ferramentas de modelagem. / In recent years, many efforts have been made to develop simulation environments that are more user friendly. Computer graphics techniques have been widely applied in user interface development, both for the presentation of simulation results in post-processing or during the experimentation and, for building models by means of graphic editors. On simulation several studies have aimed to develop environments that offer facilities for both modeling and experimentation, introducing concepts like Visual Interactive Simulation (VIS) and Visual Interactive Modeling (VIM). Based on studies of many systems and simulation environments, by analysis of their resources and facilities, the concepts of VIS and VIM are clearly defined. VIM refers to the construction of a simulation model by means of visual and interactive resources in the modeling phase, while VIS refers to the use of similar resources in the experimentation phase. This work presents the characteristics expected from VIS and VIM environments. Such study, allowed us to identify the lack of a simulation environment which integrates VIS and VIM resources at the same time during the model executation. This work proposes a new approach for simulation environments that integrates the properties and resources found in VIS and VIM. This new approach, called VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), aim to control the simulation process allowing the user to have at the same time control of the experimentation tasks and possibility of modifying the simulation model during the experimentation. To allow the validation of this new approach was developed the VISME environment (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment). The VISME environment has as mainly characteristic the use of visual resources for construction and experimentation of the simulation model. The environment has three modules, fully integrated by a single interface: a hierarchical class diagram to construct the static structure of the simulation model; a state diagram to describe the behavior of the model entities; and, a specific graphical editor used to built the scenario of the model used in the experimentation. Besides these three modules which have support to the modeling phase, the VISME environment has all the resources to experiment with the model. These resources, of the visual and interactive nature, are totally integrated with the modeling tools.

Nos últimos anos, vários esforços têm sido realizados para desenvolver ambientes de simulação mais amigáveis para seus usuários (modeladores e tomadores de decisões). Técnicas de computação gráfica tem sido largamente utilizadas na interface com o usuário, tanto para a apresentação dos resultados da simulação em pós-processamento ou durante a experimentação, como para a construção de modelos de simulação através de editores gráficos. Desta forma, vários estudos na área de simulação têm sido direcionados para ambientes que ofereçam facilidades para a modelagem e experimentação, trazendo novos conceitos como simulação interativa visual (VIS - Visual Interactive Simulation) e modelagem interativa visual (VIM - Visual Interactive Modeling). A partir de estudos de diversos sistemas e ambientes de simulação, através de uma análise de seus recursos e facilidades disponíveis, são definidos de forma bem clara os conceitos de VIS e VIM. VIM se refere à construção do modelo de simulação com auxílio de recursos visuais e interativos na fase de modelagem, enquanto que VIS se refere a execução do modelo de simulação (usa a descrição gerada em VIM) através de recursos oferecidos na fase de experimentação. Desta forma, são estabelecidas as características desejáveis para ambientes de VIS e VIM. Com base nestes estudos foi identificada a ausência de um ambiente de simulação que integre os recursos de VIS e VIM, ao mesmo tempo, durante a experimentação do modelo. Deste modo, este trabalho propõe uma nova abordagem para ambientes de simulação que Integra propriedades e recursos encontrados em VIS e VIM. Esta nova abordagem, chamada VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), tem como objetivo o controle completo de todo o processo de simulação permitindo que o usuário tenha, ao mesmo tempo, controle sobre as tarefas de experimentação e possibilidade de modificação do modelo de simulação durante ela. Para permitir a validação desta nova abordagem, foi desenvolvido o ambiente VISME (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment) que tem como característica principal o use de recursos visuais tanto na construção como experimentação do modelo. o ambiente VISME possui três módulos principais, totalmente integrados através de uma interface única: um diagrama de classes hierárquico para a construção da estrutura estática do modelo de simulação; um diagrama de estados para descrever o comportamento das entidades do modelo; e, um editor gráfico específico que permite construir o cenário (apresentação visual) do modelo utilizado na experimentação. Além destes módulos que dão suporte a fase de modelagem, o ambiente VISME possui todos os recursos necessários para experimentar com o modelo. Tais recursos, caracterizados por sua natureza gráfica e interativa, estão totalmente integrados com as ferramentas de modelagem. / In recent years, many efforts have been made to develop simulation environments that are more user friendly. Computer graphics techniques have been widely applied in user interface development, both for the presentation of simulation results in post-processing or during the experimentation and, for building models by means of graphic editors. On simulation several studies have aimed to develop environments that offer facilities for both modeling and experimentation, introducing concepts like Visual Interactive Simulation (VIS) and Visual Interactive Modeling (VIM). Based on studies of many systems and simulation environments, by analysis of their resources and facilities, the concepts of VIS and VIM are clearly defined. VIM refers to the construction of a simulation model by means of visual and interactive resources in the modeling phase, while VIS refers to the use of similar resources in the experimentation phase. This work presents the characteristics expected from VIS and VIM environments. Such study, allowed us to identify the lack of a simulation environment which integrates VIS and VIM resources at the same time during the model executation. This work proposes a new approach for simulation environments that integrates the properties and resources found in VIS and VIM. This new approach, called VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), aim to control the simulation process allowing the user to have at the same time control of the experimentation tasks and possibility of modifying the simulation model during the experimentation. To allow the validation of this new approach was developed the VISME environment (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment). The VISME environment has as mainly characteristic the use of visual resources for construction and experimentation of the simulation model. The environment has three modules, fully integrated by a single interface: a hierarchical class diagram to construct the static structure of the simulation model; a state diagram to describe the behavior of the model entities; and, a specific graphical editor used to built the scenario of the model used in the experimentation. Besides these three modules which have support to the modeling phase, the VISME environment has all the resources to experiment with the model. These resources, of the visual and interactive nature, are totally integrated with the modeling tools.

Nos últimos anos, vários esforços têm sido realizados para desenvolver ambientes de simulação mais amigáveis para seus usuários (modeladores e tomadores de decisões). Técnicas de computação gráfica tem sido largamente utilizadas na interface com o usuário, tanto para a apresentação dos resultados da simulação em pós-processamento ou durante a experimentação, como para a construção de modelos de simulação através de editores gráficos. Desta forma, vários estudos na área de simulação têm sido direcionados para ambientes que ofereçam facilidades para a modelagem e experimentação, trazendo novos conceitos como simulação interativa visual (VIS - Visual Interactive Simulation) e modelagem interativa visual (VIM - Visual Interactive Modeling). A partir de estudos de diversos sistemas e ambientes de simulação, através de uma análise de seus recursos e facilidades disponíveis, são definidos de forma bem clara os conceitos de VIS e VIM. VIM se refere à construção do modelo de simulação com auxílio de recursos visuais e interativos na fase de modelagem, enquanto que VIS se refere a execução do modelo de simulação (usa a descrição gerada em VIM) através de recursos oferecidos na fase de experimentação. Desta forma, são estabelecidas as características desejáveis para ambientes de VIS e VIM. Com base nestes estudos foi identificada a ausência de um ambiente de simulação que integre os recursos de VIS e VIM, ao mesmo tempo, durante a experimentação do modelo. Deste modo, este trabalho propõe uma nova abordagem para ambientes de simulação que Integra propriedades e recursos encontrados em VIS e VIM. Esta nova abordagem, chamada VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), tem como objetivo o controle completo de todo o processo de simulação permitindo que o usuário tenha, ao mesmo tempo, controle sobre as tarefas de experimentação e possibilidade de modificação do modelo de simulação durante ela. Para permitir a validação desta nova abordagem, foi desenvolvido o ambiente VISME (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment) que tem como característica principal o use de recursos visuais tanto na construção como experimentação do modelo. o ambiente VISME possui três módulos principais, totalmente integrados através de uma interface única: um diagrama de classes hierárquico para a construção da estrutura estática do modelo de simulação; um diagrama de estados para descrever o comportamento das entidades do modelo; e, um editor gráfico específico que permite construir o cenário (apresentação visual) do modelo utilizado na experimentação. Além destes módulos que dão suporte a fase de modelagem, o ambiente VISME possui todos os recursos necessários para experimentar com o modelo. Tais recursos, caracterizados por sua natureza gráfica e interativa, estão totalmente integrados com as ferramentas de modelagem. / In recent years, many efforts have been made to develop simulation environments that are more user friendly. Computer graphics techniques have been widely applied in user interface development, both for the presentation of simulation results in post-processing or during the experimentation and, for building models by means of graphic editors. On simulation several studies have aimed to develop environments that offer facilities for both modeling and experimentation, introducing concepts like Visual Interactive Simulation (VIS) and Visual Interactive Modeling (VIM). Based on studies of many systems and simulation environments, by analysis of their resources and facilities, the concepts of VIS and VIM are clearly defined. VIM refers to the construction of a simulation model by means of visual and interactive resources in the modeling phase, while VIS refers to the use of similar resources in the experimentation phase. This work presents the characteristics expected from VIS and VIM environments. Such study, allowed us to identify the lack of a simulation environment which integrates VIS and VIM resources at the same time during the model executation. This work proposes a new approach for simulation environments that integrates the properties and resources found in VIS and VIM. This new approach, called VISM (Visual Interactive Simulation and Modeling), aim to control the simulation process allowing the user to have at the same time control of the experimentation tasks and possibility of modifying the simulation model during the experimentation. To allow the validation of this new approach was developed the VISME environment (Visual Interactive Simulation and Modeling Environment). The VISME environment has as mainly characteristic the use of visual resources for construction and experimentation of the simulation model. The environment has three modules, fully integrated by a single interface: a hierarchical class diagram to construct the static structure of the simulation model; a state diagram to describe the behavior of the model entities; and, a specific graphical editor used to built the scenario of the model used in the experimentation. Besides these three modules which have support to the modeling phase, the VISME environment has all the resources to experiment with the model. These resources, of the visual and interactive nature, are totally integrated with the modeling tools.

No description available.

Aplikace pro vizualizaci a modelování molekul nejsou dosud příliš poznamenány současným hardware vyvinutým pro potřeby počítačových her. Cílem projektu je navrhnout intuitivní rozhraní s novými widgety specializovanými na atomové struktury a vizualizací využívající moderní hardware grafických karet. Důležitou částí je také dosažení vysoké přesnosti modelování, obvykle dostupné pouze u profesionálních CAD programů.

At the atomic scale, interactive physically-based modeling tools are more and more in demand. Unfortunately, solving the underlying physics equations at interactive rates is computationally challenging. In this dissertation, we propose new algorithms that allow for interactive modeling of chemical structures. We first present a modeling tool to construct structural models of hydrocarbon systems. The physically-based feedbacks are based on the Brenner potential. In order to be able to interactively edit systems containing numerous atoms, we introduce a new adaptive simulation algorithm. Then, we introduce what we believe to be the first interactive quantum chemistry simulation algorithm at the Atom Superposition and Electron Delocalization Molecular Orbital (ASED-MO) level of theory. This method is based on the divide-and-conquer (D&C) approach, which we show is accurate and efficient for this non-self-consistent semi-empirical theory. We then propose a novel Block-Adaptive Quantum Mechanics (BAQM) approach to interactive quantum chemistry. BAQM constrains some nuclei positions and some electronic degrees of freedom on the fly to simplify the simulation. Finally, we demonstrate several applications, including one study of graphane formation, interactive simulation for education purposes, and virtual prototyping at the atomic scale, both on desktop computers and in virtual reality environments.

A l'échelle atomique, les outils de modélisation interactive sont de plus en plus nécessaires. Cependant, résoudre les équations de la physique sous-jacente en temps interactif est un défi numérique difficile. Dans cette dissertation, nous proposons des nouveaux algorithmes qui permettent la modélisation interactive de structures chimiques. Tout d'abord, nous présentons un outil de modélisation pour construire des modèles structuraux de systèmes hydrocarbonés. Les retours physiques sont basés sur le potentiel de Brenner. Pour obtenir des taux interactifs lors de l'édition de systèmes contenant un grand nombre d'atomes, nous introduisons un nouvel algorithme adaptatif. Ensuite, nous introduisons ce que nous pensons être le premier algorithme de chimie quantique interactif au niveau de théorie “Atom Superposition and Electron Delocalization Molecular Orbital”. Cette méthode est basée sur une approche diviser-pour-régner qui, comme nous le montrons, est précise et efficace pour cette théorie semi-empirique non auto-cohérente. Nous proposons ensuite une nouvelle approche pour la chimie quantique interactive : “Block-Adaptive Quantum Mechanics” (BAQM). BAQM contraint la position des noyaux et les degrés de liberté électronique à la volée pour simplifier la simulation. Finalement, nous présentons plusieurs applications : une étude de la formation du graphane, la simulation interactive à des fins pédagogiques, et le prototypage virtuel à l'échelle atomique, à la fois sur des ordinateurs de bureau et dans des environnements de réalité virtuelle. / At the atomic scale, interactive physically-based modeling tools are more and more in demand. Unfortunately, solving the underlying physics equations at interactive rates is computationally challenging. In this dissertation, we propose new algorithms that allow for interactive modeling of chemical structures. We first present a modeling tool to construct structural models of hydrocarbon systems. The physically-based feedbacks are based on the Brenner potential. In order to be able to interactively edit systems containing numerous atoms, we introduce a new adaptive simulation algorithm. Then, we introduce what we believe to be the first interactive quantum chemistry simulation algorithm at the Atom Superposition and Electron Delocalization Molecular Orbital (ASED-MO) level of theory. This method is based on the divide-and-conquer (D&C) approach, which we show is accurate and efficient for this non-self-consistent semi-empirical theory. We then propose a novel Block-Adaptive Quantum Mechanics (BAQM) approach to interactive quantum chemistry. BAQM constrains some nuclei positions and some electronic degrees of freedom on the fly to simplify the simulation. 
 Finally, we demonstrate several applications, including one study of graphane formation, interactive simulation for education purposes, and virtual prototyping at the atomic scale, both on desktop computers and in virtual reality environments.