A visualização 3D de simulações pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) ainda é uma experiência limitada em função da falta de realismo 3D nos monitores disponíveis. Além do monitor 3D realista, a melhor visualização destas simulações depende de uma apresentação MEF desenvolvida adequadamente, de forma a tirar maior proveito deste realismo 3D. Neste trabalho, é realizado o desenvolvimento de um visualizador MEF 3D, que reproduz os efeitos estereoscópicos e de rastreamento de cabeça (head-tracking), explorando melhor as percepções de profundidade com hardware acessível e bibliotecas gráficas utilizadas em aplicações convencionais. / The 3D visualization of Finite Element Method (FEM) simulations is still a limited experience due to the lack of realism of 3D monitors available. In addition to the realistic 3D monitor, better visualization of these simulations depends on a MEF presentation properly developed in order to get the most out of 3D realism. In this work, a 3D MEF viewer is develop, including stereoscopy and head tracking 3D effects, that better explores human depth cues using hardware from cost and benefit perspective and graphics libraries used in conventional applications.

As habilidades espaciais, em particular a de visualização, são intensamente requeridas por inúmeras profissões artísticas, técnicas e científicas. Muitos estudos mostram que a visualização espacial pode ser desenvolvida e melhorada através de atividades apropriadas, por exemplo, os cursos de Desenho Técnico e Geometria Descritiva. Este trabalho propõe a especificação e o desenvolvimento de uma ferramenta didática para apoio ao ensino de Geometria Descritiva baseada em técnicas de Realidade Virtual, em especial a estereoscopia. A ferramenta proposta destina-se a permitir a execução dinâmica de construções geométricas tridimensionais, possibilitando a criação de situações espaciais pelo usuário, neste caso, o professor em sala de aula. Visando incrementar a percepção das relações espaciais entre os elementos representados, foi adotada a projeção estereoscópica passiva, o que permitirá aos estudantes a visualização da geometria em três dimensões, com percepção da profundidade. Além disso, a ferramenta inovadora proposta se caracteriza como uma solução de baixo custo e viável para uso por grandes grupos. A metodologia de avaliação utilizada na pesquisa experimental envolveu três grupos distintos de estudantes: controle, teste-estéreo e teste-mono. O primeiro recebeu instrução convencional de Geometria Descritiva enquanto que os demais foram expostos à nova ferramenta, operando em modo estereoscópico e, no terceiro caso, sem este recurso. Os principais efeitos do uso do sistema nas aulas tradicionais de Geometria Descritiva indicaram que os três grupos de estudantes analisados apresentaram melhoras no desenvolvimento de suas habilidades espaciais. No entanto, não foi possível detectar diferença estatisticamente significativa pela análise dos ganhos médios proporcionados pelos tratamentos diferenciados empregados na pesquisa experimental. Além da avaliação quantitativa, a pesquisa envolveu a aplicação de uma avaliação qualitativa, que indicou melhor aceitação da ferramenta pelos estudantes, se comparada aos métodos convencionais de ensino. Os resultados obtidos mostraram que a tecnologia estereoscópica se apresenta como uma boa alternativa a ser explorada em sala de aula contribuindo para a aprendizagem do tema. / Spatial skills, specially visualization, are intensely required by numerous artistic, technical and scientific professions. Many studies show that spatial visualization can be developed and improved through appropriate activities like, for example, Technical Drawing and Descriptive Geometry courses. This work proposes the specification and development of a didactic tool to support teaching of Descriptive Geometry based on Virtual Reality techniques, particularly the stereoscopy. The tool is designed to enable the dynamic execution of three-dimensional geometric constructions, allowing the creation of spatial situations by the user, i.e. the teacher in the classroom. Aiming to increase the perception of spatial relationships between the elements represented, a passive stereoscopic projection was adopted, which will allow students to visualize the geometry in three dimensions, with depth perception. In addition, the proposed innovative tool represents a low cost solution, feasible for using by large groups. The evaluation methodology used in the experimental research involved three separate groups of students: control, mono-test and stereo-test. The first received conventional instruction in Descriptive Geometry while the others were exposed to the new tool, operating in stereo mode and, the third case, without this feature. The main effects of system usage in traditional classes of Descriptive Geometry indicated that the three groups of students showed improvements in the development of their spatial skills. However, no statistically significant difference was verified by analysis of the mean gain provided by the different treatments used in the experimental research. In addition to the quantitative evaluation, the research involved the application of a qualitative evaluation, which indicated the tool was better accepted by students, if compared to the conventional methods of teaching. The obtained results showed that stereoscopic technology is a good alternative to be used in the classroom, contributing to the learning of the theme.

Sistemas de telepresença têm sido pesquisados e desenvolvidos para inúmeras aplicações que exigem a presença física de pessoas em ambientes inacessíveis; tais situações são diversas, desde aquelas relacionadas com educação a distância até aquelas que envolvem alta periculosidade. Neste trabalho, a pesquisa e desenvolvimento se concentram na concepção e implementação de sistemas de telepresença voltados para ambientes imersivos em 360º, capazes de realizar a aquisição, transmissão e projeção de imagens em movimento em sistemas de multiprojeção imersivos, como é o caso da CAVERNA Digital®, desenvolvida pelo Laboratório de Sistemas Integráveis da Escola Politécnica da USP. Assim, o presente trabalho apresenta contribuições para o desenvolvimento de sistemas de telepresença, dentre os quais destacam-se: o detalhamento da arquitetura geral do sistema, a implementação de métodos para a calibração, correção das imagens e montagem de panoramas de 360º. Construiu-se um protótipo composto de: um Módulo de Aquisição, que adquire as imagens de oito câmeras (montadas num anel de câmeras sobre um robô), efetua as correções e monta uma imagem panorâmica; um Módulo de Composição que costura as várias imagens panorâmicas em um panorama final; e um Módulo de Exibição que ajusta e projeta o panorama nas telas da CAVERNA Digital®. Finalmente, apresentam-se considerações sobre o presente trabalho e perspectivas futuras. / Research and development in telepresence systems have been done in several applications that require physical presence of people into non-accessible environments. These situations may vary, from those related to distance education to those related to very hazardous places for humans. In this work, the main research and development goal is the conception and implementation of a telepresence system for 360 degrees immersive environments, this system is able to perform acquisition, transmission and projection of moving images on immersive multi-projection environments, such as the CAVERNA Digital®, developed by the Laboratório de Sistemas Integráveis at the Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. The main contributions to the development of telepresence systems are: a detailed specification of the general architecture of the system, the implementation of the calibration, the imagery correction and the 360 degrees panoramas composition methods. The prototype that was implemented includes: an Acquisition Module, that acquires image of eight cameras (mounted on a ring of cameras placed on top of a robot), executes corrections and prepares a panoramic image; a Composition Module, that stitches the images in a final panorama; and an Exhibition Module, that adjusts and projects the panorama into the screens of the CAVERNA Digital®. Final, remarks on this present work and future perspectives are presented at the end.

Sistemas de telepresença têm sido pesquisados e desenvolvidos para inúmeras aplicações que exigem a presença física de pessoas em ambientes inacessíveis; tais situações são diversas, desde aquelas relacionadas com educação a distância até aquelas que envolvem alta periculosidade. Neste trabalho, a pesquisa e desenvolvimento se concentram na concepção e implementação de sistemas de telepresença voltados para ambientes imersivos em 360º, capazes de realizar a aquisição, transmissão e projeção de imagens em movimento em sistemas de multiprojeção imersivos, como é o caso da CAVERNA Digital®, desenvolvida pelo Laboratório de Sistemas Integráveis da Escola Politécnica da USP. Assim, o presente trabalho apresenta contribuições para o desenvolvimento de sistemas de telepresença, dentre os quais destacam-se: o detalhamento da arquitetura geral do sistema, a implementação de métodos para a calibração, correção das imagens e montagem de panoramas de 360º. Construiu-se um protótipo composto de: um Módulo de Aquisição, que adquire as imagens de oito câmeras (montadas num anel de câmeras sobre um robô), efetua as correções e monta uma imagem panorâmica; um Módulo de Composição que costura as várias imagens panorâmicas em um panorama final; e um Módulo de Exibição que ajusta e projeta o panorama nas telas da CAVERNA Digital®. Finalmente, apresentam-se considerações sobre o presente trabalho e perspectivas futuras. / Research and development in telepresence systems have been done in several applications that require physical presence of people into non-accessible environments. These situations may vary, from those related to distance education to those related to very hazardous places for humans. In this work, the main research and development goal is the conception and implementation of a telepresence system for 360 degrees immersive environments, this system is able to perform acquisition, transmission and projection of moving images on immersive multi-projection environments, such as the CAVERNA Digital®, developed by the Laboratório de Sistemas Integráveis at the Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. The main contributions to the development of telepresence systems are: a detailed specification of the general architecture of the system, the implementation of the calibration, the imagery correction and the 360 degrees panoramas composition methods. The prototype that was implemented includes: an Acquisition Module, that acquires image of eight cameras (mounted on a ring of cameras placed on top of a robot), executes corrections and prepares a panoramic image; a Composition Module, that stitches the images in a final panorama; and an Exhibition Module, that adjusts and projects the panorama into the screens of the CAVERNA Digital®. Final, remarks on this present work and future perspectives are presented at the end.

A visualização 3D de simulações pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) ainda é uma experiência limitada em função da falta de realismo 3D nos monitores disponíveis. Além do monitor 3D realista, a melhor visualização destas simulações depende de uma apresentação MEF desenvolvida adequadamente, de forma a tirar maior proveito deste realismo 3D. Neste trabalho, é realizado o desenvolvimento de um visualizador MEF 3D, que reproduz os efeitos estereoscópicos e de rastreamento de cabeça (head-tracking), explorando melhor as percepções de profundidade com hardware acessível e bibliotecas gráficas utilizadas em aplicações convencionais. / The 3D visualization of Finite Element Method (FEM) simulations is still a limited experience due to the lack of realism of 3D monitors available. In addition to the realistic 3D monitor, better visualization of these simulations depends on a MEF presentation properly developed in order to get the most out of 3D realism. In this work, a 3D MEF viewer is develop, including stereoscopy and head tracking 3D effects, that better explores human depth cues using hardware from cost and benefit perspective and graphics libraries used in conventional applications.

As fotografias aéreas, bem como as técnicas de estereoscopia, foram amplamente utilizadas para estudos ambientais e da paisagem. Com o avanço do mapeamento digital de solos os parâmetros da rede de drenagem foram sendo substituídos por parâmetros derivados do relevo, nas metodologias de predição de atributos do solo. No entanto, a literatura é ampla na atribuição da rede de drenagem como um fator determinante no mapeamento de solos, havendo a necessidade de desenvolver técnicas para inserir as características dos canais nos diferentes métodos de mapeamento do solo. Dessa forma, objetiva-se desenvolver um mapa de compartimentação da paisagem, através da rede de drenagem e um modelo digital de elevação (MDE), ambos com alta resolução espacial, visando avaliar as suas correlações com os atributos do solo (teor de argila nas profundidades 0-20 e 80-100 cm, gradiente textural, Ferro total (Fe2O3) e a cor do solo) e classes pedológicas. Tais procedimentos poderão auxiliar na produção de métodos base para relacionar a paisagem com a pedologia e o mapeamento. A área de estudo está localizada no município de Rio das Pedras, no estado de São Paulo, Brasil, com 538 km². O levantamento da rede de drenagem foi realizado a partir de fotografias aéreas com a visualização em 3D por estereoscopia digital. O MDE foi criado a partir de curvas altimétricas com equidistância vertical de 5 m. A partir das características da rede de drenagem e do relevo foram calculados os parâmetros morfométricos que representassem os dois elementos ao longo de toda a área de estudo. Com o processamento dos parâmetros foi utilizada a técnica fuzzy k-médias para fazer uma compartimentação da paisagem não supervisionada. Os resultados mostraram que a densidade de drenagem (DD) possui uma correlação negativa com os teores de argila (r = - 0.63), enquanto a correlação com o gradiente textural foi positiva (r = 0.42). O ferro total (Fe2O3) apresentou baixa variabilidade na área e não resultou em correlações significativas. A maior correlação foi com o matiz (r = 0.67), determinando solos mais amarelos nos locais de maior DD. A compartimentação da paisagem separou bem as posições do relevo em relação a DD. Cada compartimento se apresentou como uma unidade de mapeamento, havendo relação direta com classes pedológicas. / Aerial photographs, as well as stereoscopy were widely used for environmental and landscape studies. As digital soil mapping techniques have been developed, drainage network was replaced for relief parameters. However, literature studies have shown vast attribuition between drainage network and soil mapping, bringing the need to develop ways to insert the drainage parameters on different soil mapping strategies. Therefore, this study aims to create a landscape compartment map through drainage network and a digital elevation model (DEM), both with high spatial resolution, in order to evaluate its correlation with five soil attributes (clay content at 0-20 and 80-100 cm, textural gradient, total Iron (Fe2O3) and color) and soil classes. Wih these procedures it will be possible to create base methods to associate landscape with pedology and mapping. The study area has 538 km² and is located at Rio das Pedras municipality in the state of São Paulo, Brazil. The drainage network was created using aerial photographs with digital stereoscopy in 3D and the DEM with altimetric curves. These two geographic basis were used to calculate morphometric parameters that represents the patterns along the study area. The parameters were processed with fuzzy k-means technique to create a non-supervised landscape compartments map. Results showed that drainage density (DD) had a negative correlation with clay content (r = - 0.63), while textural gradient was positive (r = 0.42). The (Fe2O3) had low spatial variability, resulting in non-significant results. The greatest correlation was achieved with soil color (r = 0.67), indicating yellow soils at high DD landscapes. The landscape compartment was able to distinguish the relief positions related to DD. Each compartment was assumed as a soil map unit, presenting straight connections with soil classes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:39:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6587.pdf: 1812199 bytes, checksum: 1dabca73767edd87c867bdd4e17ab882 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / The art goes through transformations on elapse of time, as do the resources and techniques used to produce it, and it s transformed as well as the predominant medium of communication alleged experience mediation. At the beginning of the 20th century Benjamin identified this process and analysed its effects, particularly through movies (BENJAMIN, 1987) and nowadays, with digital movie development, we observe several transformations which impact movie s language and the ways that spectators interact with it. Under the hypothesis that techniques applied to digital movies modify the way that spectators interact with the film, we develop our research on defining a cutout on stereoscopy, which produces the depth effect on 3D movies, and the use of CGI (computer generated imagery), which consists in computer created and animated images, having the target to discuss the impact of these resources on spectator s experience of interaction with movies, and more specifically to investigate new features of digital cinema aiming to understand what are the possible changes on movie s language and broached contents, as well as recognizing features of the ways of perception that might come up on this circumstances. For these purposes we develop a theoretical and empirical research grounded on the theoretical references of Critical Theory of Society. / A arte modifica-se no decorrer da história, bem como os recursos e técnicas pelos quais é produzida, e modifica-se também o meio de comunicação predominante como suposta mediação da experiência. No início do século XX, Benjamin identificou esse processo e analisou seus efeitos, sobretudo por meio do cinema (BENJAMIN, 1987a) e atualmente, com o desenvolvimento do cinema digital, observamos diversas transformações que impactam a linguagem cinematográfica e as formas como os espectadores interagem com as mesmas. Sob a hipótese de que técnicas aplicadas ao cinema digital modificam a forma como o espectador interage com o filme, desenvolvemos a nossa pesquisa delimitando um recorte sobre a estereoscopia, que produz o efeito de profundidade no cinema 3D e o uso das CGI (Computer generated imagery), que consiste em imagens criadas e animadas digitalmente, com objetivo de discutir o impacto de tais recursos sobre a experiência do espectador em interação com as obras cinematográficas, e mais especificamente investigar novas características do cinema digital a fim de compreender quais são as possíveis mudanças na linguagem do cinema e conteúdos abordados, bem como reconhecer características das formas de percepção que possivelmente surjam no cenário específico da cultura audiovisual digital do século XXI. Para tanto, desenvolvemos uma pesquisa teórica e empírica fundamentada no referencial teórico da Teoria Crítica da Sociedade.

The topic of this work is to verify appreciation of stereoskopy projection, description of its principle and forming interactive pictures of prisms and spatial situations by the use of stereoskopy projection. This aid should simplify teaaching process of stereometry at secondary schools, bodies at primary schools and mainly help to improve spatial imagination. Focus of the aid is to help pupils and students to see and to understand all key principles of geometry.

As habilidades espaciais, em particular a de visualização, são intensamente requeridas por inúmeras profissões artísticas, técnicas e científicas. Muitos estudos mostram que a visualização espacial pode ser desenvolvida e melhorada através de atividades apropriadas, por exemplo, os cursos de Desenho Técnico e Geometria Descritiva. Este trabalho propõe a especificação e o desenvolvimento de uma ferramenta didática para apoio ao ensino de Geometria Descritiva baseada em técnicas de Realidade Virtual, em especial a estereoscopia. A ferramenta proposta destina-se a permitir a execução dinâmica de construções geométricas tridimensionais, possibilitando a criação de situações espaciais pelo usuário, neste caso, o professor em sala de aula. Visando incrementar a percepção das relações espaciais entre os elementos representados, foi adotada a projeção estereoscópica passiva, o que permitirá aos estudantes a visualização da geometria em três dimensões, com percepção da profundidade. Além disso, a ferramenta inovadora proposta se caracteriza como uma solução de baixo custo e viável para uso por grandes grupos. A metodologia de avaliação utilizada na pesquisa experimental envolveu três grupos distintos de estudantes: controle, teste-estéreo e teste-mono. O primeiro recebeu instrução convencional de Geometria Descritiva enquanto que os demais foram expostos à nova ferramenta, operando em modo estereoscópico e, no terceiro caso, sem este recurso. Os principais efeitos do uso do sistema nas aulas tradicionais de Geometria Descritiva indicaram que os três grupos de estudantes analisados apresentaram melhoras no desenvolvimento de suas habilidades espaciais. No entanto, não foi possível detectar diferença estatisticamente significativa pela análise dos ganhos médios proporcionados pelos tratamentos diferenciados empregados na pesquisa experimental. Além da avaliação quantitativa, a pesquisa envolveu a aplicação de uma avaliação qualitativa, que indicou melhor aceitação da ferramenta pelos estudantes, se comparada aos métodos convencionais de ensino. Os resultados obtidos mostraram que a tecnologia estereoscópica se apresenta como uma boa alternativa a ser explorada em sala de aula contribuindo para a aprendizagem do tema. / Spatial skills, specially visualization, are intensely required by numerous artistic, technical and scientific professions. Many studies show that spatial visualization can be developed and improved through appropriate activities like, for example, Technical Drawing and Descriptive Geometry courses. This work proposes the specification and development of a didactic tool to support teaching of Descriptive Geometry based on Virtual Reality techniques, particularly the stereoscopy. The tool is designed to enable the dynamic execution of three-dimensional geometric constructions, allowing the creation of spatial situations by the user, i.e. the teacher in the classroom. Aiming to increase the perception of spatial relationships between the elements represented, a passive stereoscopic projection was adopted, which will allow students to visualize the geometry in three dimensions, with depth perception. In addition, the proposed innovative tool represents a low cost solution, feasible for using by large groups. The evaluation methodology used in the experimental research involved three separate groups of students: control, mono-test and stereo-test. The first received conventional instruction in Descriptive Geometry while the others were exposed to the new tool, operating in stereo mode and, the third case, without this feature. The main effects of system usage in traditional classes of Descriptive Geometry indicated that the three groups of students showed improvements in the development of their spatial skills. However, no statistically significant difference was verified by analysis of the mean gain provided by the different treatments used in the experimental research. In addition to the quantitative evaluation, the research involved the application of a qualitative evaluation, which indicated the tool was better accepted by students, if compared to the conventional methods of teaching. The obtained results showed that stereoscopic technology is a good alternative to be used in the classroom, contributing to the learning of the theme.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.