In recent years there has been growing interest in limitless realism in computer graphics applications. Among those, my foremost concentration falls into the complex physical simulations and modeling with diverse applications for the gaming industry. Different simulations have been virtually successful by replicating the details of physical process. As a result, some were strong enough to lure the user into believable virtual worlds that could destroy any sense of attendance. In this research, I focus on fire simulations and its deformation process towards various virtual objects. In most game engines model loading takes place at the beginning of the game or when the game is transitioning between levels. Game models are stored in large data structures. Since changing or adjusting a large data structure while the game is proceeding may adversely affect the performance of the game. Therefore, developers may choose to avoid procedural simulations to save resources and avoid interruptions on performance. I introduce a process to implement a real-time model deformation while maintaining performance. It is a challenging task to achieve high quality simulation while utilizing minimum resources to represent multiple events in timely manner. Especially in video games, this overwhelming criterion would be robust enough to sustain the engaging player's willing suspension of disbelief. I have implemented and tested my method on a relatively modest GPU using CUDA. My experiments conclude this method gives a believable visual effect while using small fraction of CPU and GPU resources.

Esta dissertação apresenta um framework de desenvolvimento de uma interface gráfica de usuário para um sistema de modelagem poligonal tridimensional, a partir de critérios ergonômicos que atendam os requisitos fundamentais de usabilidade. A pesquisa foi especialmente orientada a satisfazer principalmente as necessidades individuais dos diferentes perfis de usuários que fazem uso de aplicações similares. Para isto, foram estudados conceitos pertinentes às áreas de Ergonomia, Usabilidade e Interação Humano-Computador. Isto permitiu obter estratégias que podem ser utilizadas durante o estágio de concepção de uma interface de usuário, a fim de promover e garantir a ergonomia de um sistema em estágios anteriores à sua implementação, economizando recursos e prevenindo possíveis problemas de usabilidade. Um dos aspectos fundamentais do protótipo proposto nesta dissertação é a sua adaptabilidade, onde um dos benefícios da utilização deste tipo de recurso é a capacidade de reduzir a complexidade durante o aprendizado de um sistema por usuários novatos, selecionando informações essenciais e indicando as próximas ações possíveis, já que o sistema proposto baseia-se nos resultados de passos anteriores. A técnica de avaliação desta interface gráfica utiliza uma lista de verificação (checklist) ergonômica, que é escolhida por suas características adequadas às delimitações do projeto de pesquisa. / This dissertation aims the development of a non-functional prototype for a graphical user interface of a 3D polygonal modeling system based on ergonomic criteria that meet the basic requirements of usability. The research was specifically targeted to meet the individual needs of customers who make use of similar applications. For this purpose, relevant concepts of Ergonomics, Usability and Human-Computer Interaction were studied. It allowed this research to obtain strategies that can be used during the design stage of a user interface in order to promote and ensure the software ergonomics at stages prior to implementation, saving resources, preventing possible usability problems. One of the key aspects of the proposed prototype is its adaptability, and one of its benefits of this feature is the ability to reduce the learning complexity of the system for novice users, by selecting key information and indicating the next possible actions, since the proposed system is based on results of previous steps. The ergonomics evaluation of this graphical interface was made using a checklist, which was chosen for being appropriate to this research. The results confirm the usability of the User Interface, thus validating the use of this proposal as a development framework.

Esta dissertação apresenta um framework de desenvolvimento de uma interface gráfica de usuário para um sistema de modelagem poligonal tridimensional, a partir de critérios ergonômicos que atendam os requisitos fundamentais de usabilidade. A pesquisa foi especialmente orientada a satisfazer principalmente as necessidades individuais dos diferentes perfis de usuários que fazem uso de aplicações similares. Para isto, foram estudados conceitos pertinentes às áreas de Ergonomia, Usabilidade e Interação Humano-Computador. Isto permitiu obter estratégias que podem ser utilizadas durante o estágio de concepção de uma interface de usuário, a fim de promover e garantir a ergonomia de um sistema em estágios anteriores à sua implementação, economizando recursos e prevenindo possíveis problemas de usabilidade. Um dos aspectos fundamentais do protótipo proposto nesta dissertação é a sua adaptabilidade, onde um dos benefícios da utilização deste tipo de recurso é a capacidade de reduzir a complexidade durante o aprendizado de um sistema por usuários novatos, selecionando informações essenciais e indicando as próximas ações possíveis, já que o sistema proposto baseia-se nos resultados de passos anteriores. A técnica de avaliação desta interface gráfica utiliza uma lista de verificação (checklist) ergonômica, que é escolhida por suas características adequadas às delimitações do projeto de pesquisa. / This dissertation aims the development of a non-functional prototype for a graphical user interface of a 3D polygonal modeling system based on ergonomic criteria that meet the basic requirements of usability. The research was specifically targeted to meet the individual needs of customers who make use of similar applications. For this purpose, relevant concepts of Ergonomics, Usability and Human-Computer Interaction were studied. It allowed this research to obtain strategies that can be used during the design stage of a user interface in order to promote and ensure the software ergonomics at stages prior to implementation, saving resources, preventing possible usability problems. One of the key aspects of the proposed prototype is its adaptability, and one of its benefits of this feature is the ability to reduce the learning complexity of the system for novice users, by selecting key information and indicating the next possible actions, since the proposed system is based on results of previous steps. The ergonomics evaluation of this graphical interface was made using a checklist, which was chosen for being appropriate to this research. The results confirm the usability of the User Interface, thus validating the use of this proposal as a development framework.

Esta dissertação apresenta um framework de desenvolvimento de uma interface gráfica de usuário para um sistema de modelagem poligonal tridimensional, a partir de critérios ergonômicos que atendam os requisitos fundamentais de usabilidade. A pesquisa foi especialmente orientada a satisfazer principalmente as necessidades individuais dos diferentes perfis de usuários que fazem uso de aplicações similares. Para isto, foram estudados conceitos pertinentes às áreas de Ergonomia, Usabilidade e Interação Humano-Computador. Isto permitiu obter estratégias que podem ser utilizadas durante o estágio de concepção de uma interface de usuário, a fim de promover e garantir a ergonomia de um sistema em estágios anteriores à sua implementação, economizando recursos e prevenindo possíveis problemas de usabilidade. Um dos aspectos fundamentais do protótipo proposto nesta dissertação é a sua adaptabilidade, onde um dos benefícios da utilização deste tipo de recurso é a capacidade de reduzir a complexidade durante o aprendizado de um sistema por usuários novatos, selecionando informações essenciais e indicando as próximas ações possíveis, já que o sistema proposto baseia-se nos resultados de passos anteriores. A técnica de avaliação desta interface gráfica utiliza uma lista de verificação (checklist) ergonômica, que é escolhida por suas características adequadas às delimitações do projeto de pesquisa. / This dissertation aims the development of a non-functional prototype for a graphical user interface of a 3D polygonal modeling system based on ergonomic criteria that meet the basic requirements of usability. The research was specifically targeted to meet the individual needs of customers who make use of similar applications. For this purpose, relevant concepts of Ergonomics, Usability and Human-Computer Interaction were studied. It allowed this research to obtain strategies that can be used during the design stage of a user interface in order to promote and ensure the software ergonomics at stages prior to implementation, saving resources, preventing possible usability problems. One of the key aspects of the proposed prototype is its adaptability, and one of its benefits of this feature is the ability to reduce the learning complexity of the system for novice users, by selecting key information and indicating the next possible actions, since the proposed system is based on results of previous steps. The ergonomics evaluation of this graphical interface was made using a checklist, which was chosen for being appropriate to this research. The results confirm the usability of the User Interface, thus validating the use of this proposal as a development framework.

Whereas manually drawn contours could contain artifacts related to hand tremor, automatically detected contours could contain noise and inaccuracies due to limitations or errors in the procedures for the detection and segmentation of the related regions. To improve the further step of description, modeling procedures are desired to eliminate the artifacts in a given contour, while preserving the important and significant details present in the contour. In this work, are presented a couple of polygonal modeling methods, first a method applied direct on the original contour and other derived from the turning angle function. Both methods use the following parametrization Smin e µmax to infer about removing or maintain a given segment. By the using of the mentioned parameters the proposed methods could be configured according to the application problem. Both methods have been shown eficient to reduce the influence of noise and artifacts while preserving relevant characteristic for further analysis. Systems to support the diagnosis by images (CAD) and retrieval of images by content (CBIR) use shape descriptor methods to make possible to infer about factors existing in a given contour or as base to classify groups with dierent patterns. Shape factors methods should represent a value that is aected by the shape of an object, thus it is possible to characterize the presence of a factor in the contour or identify similarity among contours. Shape factors should be invariant to rotation, translation or scale. In the present work there are proposed the following shape features: index of the presence of convex region (XRTAF ), index of the presence of concave regions (V RTAF ), index of convexity (CXTAF ), two measures of fractal dimension (DFTAF e DF1 TAF ) and the index of spiculation (ISTAF ). All derived from the smoothed turning angle function. The smoothed turning angle function represent the contour in terms of their concave and convex regions. The polygonal modeling and the shape descriptors methods were applied on the breast masses classification issue to evaluate their performance. The polygonal modeling procedure proposed in this work provided higher compression and better polygonal fitness. The best classification accuracies, on discriminating between benign masses and malignant tumors, obtain for XRTAF , V RTAF , CXTAF , DFTAF , DF1 TAF and ISTAF , in terms of area under the receiver operating characteristics curve, were 0:92, 0:92, 0:93, 0:93, 0:92 e 0:94, respectively. / Contornos obtidos manualmente podem conter ruídos e artefatos oriundos de tremores da mão bem como contornos obtidos automaticamente podem os conter dado a problemas na etapa de segmentação. Para melhorar os resultados da etapa de representação e descrição, são necessários métodos capazes de reduzir a influência dos ruídos e artefatos enquanto mantém características relevantes da forma. Métodos de aproximação poligonal têm como objetivo a remoção de ruídos e artefatos presentes nos contornos e a melhor representação da forma com o menor número possível de segmentos de retas. Nesta disserta ção são propostos dois métodos de aproximação poligonal, um aplicado diretamente no contorno e outro que é obtido a partir da função tangencial do contorno original. Ambos os métodos fazem uso dos parâmetros Smin e µmax para inferirem sobre a permanência ou remoção de um dado segmento. Com a utilização destes parâmetros os métodos podem ser configurados para serem utilizados em vários tipos de aplicações. Ambos os métodos mostram-se eficientes na remoção de ruídos e artefatos, enquanto que características relevantes para etapas de pós-processamento são mantidas. Sistemas de apoio ao diagnóstico por imagens e de recuperação de imagens por conte údo fazem uso de métodos descritores de forma para que seja possível inferir sobre características presentes em um dado contorno ou ainda como base para medir a dissimilaridade entre contornos. Métodos descritores de características são capazes de representar um contorno por um número, assim é possível estabelecer a presença de uma característica no contorno ou ainda identificar uma possível similaridade entre os contornos. Métodos para extração de características devem ser invariantes a rotação, translação e escala. Nesta dissertação são propostos os seguintes métodos descritores de características: índice de presença de regiões convexas (XRTAF ), índice da presença de regiões côncavas (V RTAF ), índice de convexidade (CXTAF ), duas medidas de dimensão fractal (DFTAF e DF1 TAF ) e o índice de espículos (ISTAF ). Todos aplicados sobre a função tangencial suavizada. A função tangencial suavizada representa o contorno em termos de suas regiões côncavas e regiões convexas. Os métodos de aproximação poligonal e descritores de características foram aplicados para o problema de classificação de lesões de mama. Os resultados obtidos, mostraram que os métodos de aproximação poligonal propostos neste trabalho resultam em polígonos mais compactos e com melhor representação do contorno original. Os melhores resultados de classificação, na discriminação entre lesões benignas e tumores malignos, obtidos por XRTAF , V RTAF , CXTAF , DFTAF , DF1 TAF e ISTAF , em termos da área sob a curva ROC, foram 0:92, 0:92, 0:93, 0:93, 0:92 e 0:94, respectivamente. / Mestre em Ciência da Computação