Some experts suggest that urban design plans in US cities may lack adequate coverage of the essential design aspects, particularly three-dimensional design aspects of the physical environment. Digital urban models and information technology tools may help designers visualize and interact with design alternatives, large urban data sets, and 3D information more effectively, thus correcting this problem. However, there is a limited understanding of the impact that these models may have on the quality of the design product and consequently hesitation about the appropriate methods of their usage. These suggest a need for research into how the usage of digital models can affect the extent with which urban design plans cover the essential design aspects. This research discusses the role digital models can play in supporting designers in addressing the essential design aspects. The research objective is to understand how the usage of digital models affects the coverage of the essential design aspects. The research applies a novel perspective of examining both the methods of modeling-supported urban design and the design content of urban design to attempt to reveal a correlation or causal relation. Using the mixed method approach, this research includes three phases. The first, literature review, focused on reviewing secondary sources to construct theoretical propositions about the impact of digital modeling on urban design against which empirical observations were compared. Using qualitative content analysis, the second phase involved examining 14 plans to assess their design content and conducting structured interviews with the designers of four selected plans. The third phase involved sending questionnaire forms to designers in the planning departments and firms that developed the examined plans. The analysis results were compared with the theoretical propositions and discussed to derive conclusions. The extent of design aspects coverage was found to be correlated with the usage of digital modeling. Computational plans appear to have achieved a higher level of design aspects coverage and a better translation of design goals and objectives. In those plans, 3D urban-wide design aspects were addressed more effectively than in conventional plans. The effective usage of the model's functions appears to improve the quality of the decision-making process through increasing designers' visualization and analytical capabilities, and providing a platform for communicating design ideas among and across design teams. The results helped suggest a methodological framework for the best practices of modeling usage to improve the design content.

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Nous étudions dans cette thèse le problème de reconstruction 3D multi-vue à partir d’une séquence d’images au sol acquises dans des environnements urbains ainsi que la prise en compte d’a priori permettant la préservation de la structure sous-jacente de la géométrie 3D observée, ainsi que le passage à l’échelle de tels processus de reconstruction qui est intrinsèquement délicat dans le contexte de l’imagerie urbaine. Bien que ces deux axes aient été traités de manière extensive dans la littérature, les méthodes de reconstruction 3D structurée souffrent d’une complexité en temps de calculs restreignant significativement leur intérêt. D’autre part, les approches de reconstruction 3D large échelle produisent généralement une géométrie simplifiée, perdant ainsi des éléments de structures qui sont importants dans le contexte urbain. L’objectif de cette thèse est de concilier les avantages des approches de reconstruction 3D structurée à celles des méthodes rapides produisant une géométrie simplifiée. Pour ce faire, nous présentons “Patchwork Stereo”, un framework qui combine stéréoscopie photométrique utilisant une poignée d’images issues de points de vue éloignés, et un nuage de point épars. Notre méthode intègre une analyse simultanée 2D-3D réalisant une extraction robuste de plans 3D ainsi qu’une segmentation d’images top-down structurée et repose sur une optimisation par champs de Markov aléatoires. Les contributions présentées sont évaluées via des expériences quantitatives et qualitatives sur des données d’imagerie urbaine complexes illustrant des performances tant quant à la fidélité structurelle des reconstructions 3D que du passage à l’échelle / In this thesis, we address the problem of 3D reconstruction from a sequence of calibrated street-level photographs with a simultaneous focus on scalability and the use of structure priors in Multi-View Stereo (MVS).While both aspects have been studied broadly, existing scalable MVS approaches do not handle well the ubiquitous structural regularities, yet simple, of man-made environments. On the other hand, structure-aware 3D reconstruction methods are slow and scale poorly with the size of the input sequences and/or may even require additional restrictive information. The goal of this thesis is to reconcile scalability and structure awareness within common MVS grounds using soft, generic priors which encourage : (i) piecewise planarity, (ii) alignment of objects boundaries with image gradients and (iii) with vanishing directions (VDs), and (iv) objects co-planarity. To do so, we present the novel “Patchwork Stereo” framework which integrates photometric stereo from a handful of wide-baseline views and a sparse 3D point cloud combining robust 3D plane extraction and top-down image partitioning from a unified 2D-3D analysis in a principled Markov Random Field energy minimization. We evaluate our contributions quantitatively and qualitatively on challenging urban datasets and illustrate results which are at least on par with state-of-the-art methods in terms of geometric structure, but achieved in several orders of magnitude faster paving the way for photo-realistic city-scale modeling

Este trabalho investiga os processos de crescimento e evolução das localizações comerciais no espaço urbano. A formação e o desenvolvimento de múltiplos núcleos comerciais é parte do cenário urbano contemporâneo, criando padrões espaciais e temporais heterogêneos, que desafiam a compreensão de teóricos e planejadores. O estudo desses processos requer abordagens dinâmicas, compatíveis com a escala e a velocidade das mudanças. Nesse contexto, recorta-se como problema de pesquisa a modelagem do crescimento das localizações comerciais em setores urbanos, ao longo do tempo. O trabalho propõe a representação da dinâmica de crescimento quantitativo do comércio no espaço urbano através da distribuição logística, um modelo dinâmico e não-linear, capaz de descrever tipos de crescimento com capacidade limitada. O modelo adotado pressupõe um processo descentralizado de tomada de decisões individuais de localização por parte dos agentes - os lojistas - condicionados pelas decisões dos demais. Tais decisões dependem da interação com um ambiente que está em transformação, portanto as respostas também variam. Nesta concepção, forças de aceleração e desaceleração do crescimento das localizações comerciais, que emanam do processo de estruturação espacial urbana, são filtradas através de um processo de leitura e percepção por parte dos agentes. O modelo proposto é validado em quatro setores na cidade de Porto Alegre: Centro, Azenha, Menino Deus e Iguatemi, considerando dados de número de estabelecimentos varejistas ao longo de uma série temporal de 23 anos, de 1983 a 2006. Nesta pesquisa, o modelo logístico também foi explorado como instrumento de descrição e análise de dois problemas relacionados ao crescimento das localizações comerciais em setores urbanos. O primeiro diz respeito aos fatores envolvidos em tal crescimento. A hipótese adotada é que diferenças no processo de estruturação espacial urbana teriam capacidade de produzir uma especificidade no processo de crescimento do comércio em cada área considerada. Diferentes indicadores da estrutura espacial urbana são relacionados à dinâmica de crescimento em cada área, visando identificar os fatores mais relevantes a atuar nesse processo. O segundo problema envolve a aplicação do modelo logístico para o caso da implantação de um grande equipamento comercial, do tipo shopping center, avaliando como este afeta o crescimento do comércio no seu entorno. A investigação demonstra que o modelo proposto descreve o crescimento das localizações comerciais com alto grau de correlação com os dados empíricos em todas as áreas estudadas. O trabalho evidencia também que o modelo possibilita associar os fatores da estrutura espacial urbana ao crescimento do comércio. O modelo também se mostrou um instrumento válido para a análise do impacto da implantação de grandes equipamentos comerciais sobre o processo de crescimento do comércio no seu entorno. / This thesis investigates growth and evolution in retail location. The presence of multiple retail centers is an essential part of the contemporary urban scene, leading to heterogeneous spatial and temporal patterns, whose comprehension defies scholars and planners. Dynamic approaches are required for studying those processes of urban change, considering the scale and speed of change. In this context, this study focuses on modeling the growth of retail location in urban areas through time. To represent quantitative growth of retail location, the work proposes the use of logistic model, a non-linear model designed to describe a specific capacitated growing dynamics. The model assumes a decentralized process of individual location decisions taken by agents – the retailers – constrained by others decisions. Such decisions interact on a changing environment, thus, the answers also change. In this sense, accelerating and deterring forces for retail location growing, emanating from urban spatial structure, pass through a sort of filtering process: the way agents perceive and interpret the environment. Proposed model is validated in four areas in the city of Porto Alegre, Brazil: Centro, Azenha, Menino Deus and Iguatemi, considering data on number of retail establishment through a temporal data set of 23 years, from 1983 to 2006. In this study, logistic model has also been applied to describe and analyze two problems regarding retail location growth. The first problem refers to the causal factors involved in such growth process. The hypothesis adopted is that differences in spatial structuration process are able to produce a specific pattern of temporal growth. Different urban spatial structure indicators are then related to dynamics of growth in each area, trying to identify the most relevant aspects affecting this process. The second problem involves the use of logistic model referring to the case of large retail formats – such as regional shopping centers - aiming to understand the impact of such planned centers on quantitative retail growth. The investigation demonstrates that proposed model describes the growing of retail location with high levels of correlation to empirical data in all studied areas. It also shows that is possible to relate urban spatial structure factors to retail location growth. The model also performs as a valid instrument of impact analysis of large retail formats on the retail growth process at its neighborhood.

Este trabalho investiga os processos de crescimento e evolução das localizações comerciais no espaço urbano. A formação e o desenvolvimento de múltiplos núcleos comerciais é parte do cenário urbano contemporâneo, criando padrões espaciais e temporais heterogêneos, que desafiam a compreensão de teóricos e planejadores. O estudo desses processos requer abordagens dinâmicas, compatíveis com a escala e a velocidade das mudanças. Nesse contexto, recorta-se como problema de pesquisa a modelagem do crescimento das localizações comerciais em setores urbanos, ao longo do tempo. O trabalho propõe a representação da dinâmica de crescimento quantitativo do comércio no espaço urbano através da distribuição logística, um modelo dinâmico e não-linear, capaz de descrever tipos de crescimento com capacidade limitada. O modelo adotado pressupõe um processo descentralizado de tomada de decisões individuais de localização por parte dos agentes - os lojistas - condicionados pelas decisões dos demais. Tais decisões dependem da interação com um ambiente que está em transformação, portanto as respostas também variam. Nesta concepção, forças de aceleração e desaceleração do crescimento das localizações comerciais, que emanam do processo de estruturação espacial urbana, são filtradas através de um processo de leitura e percepção por parte dos agentes. O modelo proposto é validado em quatro setores na cidade de Porto Alegre: Centro, Azenha, Menino Deus e Iguatemi, considerando dados de número de estabelecimentos varejistas ao longo de uma série temporal de 23 anos, de 1983 a 2006. Nesta pesquisa, o modelo logístico também foi explorado como instrumento de descrição e análise de dois problemas relacionados ao crescimento das localizações comerciais em setores urbanos. O primeiro diz respeito aos fatores envolvidos em tal crescimento. A hipótese adotada é que diferenças no processo de estruturação espacial urbana teriam capacidade de produzir uma especificidade no processo de crescimento do comércio em cada área considerada. Diferentes indicadores da estrutura espacial urbana são relacionados à dinâmica de crescimento em cada área, visando identificar os fatores mais relevantes a atuar nesse processo. O segundo problema envolve a aplicação do modelo logístico para o caso da implantação de um grande equipamento comercial, do tipo shopping center, avaliando como este afeta o crescimento do comércio no seu entorno. A investigação demonstra que o modelo proposto descreve o crescimento das localizações comerciais com alto grau de correlação com os dados empíricos em todas as áreas estudadas. O trabalho evidencia também que o modelo possibilita associar os fatores da estrutura espacial urbana ao crescimento do comércio. O modelo também se mostrou um instrumento válido para a análise do impacto da implantação de grandes equipamentos comerciais sobre o processo de crescimento do comércio no seu entorno. / This thesis investigates growth and evolution in retail location. The presence of multiple retail centers is an essential part of the contemporary urban scene, leading to heterogeneous spatial and temporal patterns, whose comprehension defies scholars and planners. Dynamic approaches are required for studying those processes of urban change, considering the scale and speed of change. In this context, this study focuses on modeling the growth of retail location in urban areas through time. To represent quantitative growth of retail location, the work proposes the use of logistic model, a non-linear model designed to describe a specific capacitated growing dynamics. The model assumes a decentralized process of individual location decisions taken by agents – the retailers – constrained by others decisions. Such decisions interact on a changing environment, thus, the answers also change. In this sense, accelerating and deterring forces for retail location growing, emanating from urban spatial structure, pass through a sort of filtering process: the way agents perceive and interpret the environment. Proposed model is validated in four areas in the city of Porto Alegre, Brazil: Centro, Azenha, Menino Deus and Iguatemi, considering data on number of retail establishment through a temporal data set of 23 years, from 1983 to 2006. In this study, logistic model has also been applied to describe and analyze two problems regarding retail location growth. The first problem refers to the causal factors involved in such growth process. The hypothesis adopted is that differences in spatial structuration process are able to produce a specific pattern of temporal growth. Different urban spatial structure indicators are then related to dynamics of growth in each area, trying to identify the most relevant aspects affecting this process. The second problem involves the use of logistic model referring to the case of large retail formats – such as regional shopping centers - aiming to understand the impact of such planned centers on quantitative retail growth. The investigation demonstrates that proposed model describes the growing of retail location with high levels of correlation to empirical data in all studied areas. It also shows that is possible to relate urban spatial structure factors to retail location growth. The model also performs as a valid instrument of impact analysis of large retail formats on the retail growth process at its neighborhood.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SalatielRV_DISSERT.pdf: 3344605 bytes, checksum: 083e5071106853d45a5c3fde7712fcac (MD5) Previous issue date: 2014-03-10 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The Pitimbu River Watershed (PRW), belonging to Potiguar capital metropolitan area, State of Rio Grande do Norte, contributes, among other purposes, to human using and animal watering. This watershed is extremely important because, besides filling up with freshwater approximately 30% of the south part of Natal (South, East and West Zones), contributes to the river shore ecosystem equilibrium. Face to the current conjuncture, this study aims to evaluate the urban development dynamics in the PRW, applying Cellular Automata as a modeling instrument, and to simulate future urban scenarios, between 2014 and 2033, using the simulation program SLEUTH. In the calibration phase, urban spots for 1 984, 1992, 2004 and 2013 years were used, with resolution from 100 meters. After the simulation, it was found a predominance of organic growth, expanding the BHRP from existing urban centers. The spontaneous growth occurred through the fullest extent of the watershed, however the probability of effective growth should not exceed 21%. It was observed that, there was a 68% increase for the period between 2014 and 2033, corresponding to an expansion area of 1,778 ha. For 2033, the source of Pitimbu River area and the Jiqui Lake surroundings will increase more than 78%. Finally, it was seen an exogenous urban growth tendency in the watershed (outside-in). As a result of this growth, hydraulics resources will become scarcer / A Bacia Hidrogr?fica do Rio Pitimbu (BHRP), pertencente ? regi?o metropolitana da capital Potiguar, Estado do Rio Grande do Norte (RN), contribui, entre outros fins, para o consumo humano e dessedenta??o animal. Essa bacia ? de suma import?ncia, pois al?m de abastecer com ?gua doce aproximadamente 30% da popula??o da parte sul de Natal (zonas sul, leste e oeste), contribui para o equil?brio do ecossistema ao longo do rio. Diante da conjuntura atual, os objetivos deste estudo foram avaliar a din?mica do desenvolvimento urbano na BHRP, aplicando Aut?matos Celulares como instrumento de modelagem, e simular cen?rios urbanos futuros, entre 2014 e 2033, empregando o programa de simula??o SLEUTH. Na fase de calibra??o, foram utilizadas as manchas urbanas para os anos de 1984, 1992, 2004 e 2013, com resolu??o 100 metros. Ap?s a simula??o, verificou-se que houve uma predomin?ncia do crescimento org?nico, expandindo-se na BHRP, a partir de centros urbanos existentes. O crescimento espont?neo ocorreu por toda extens?o da Bacia, por?m a probabilidade de crescimento efetivo n?o deve ultrapassar 21%. Verificou-se um crescimento de 68% para o per?odo entre 2014 e 2033, correspondendo a uma ?rea de expans?o de 1.778 ha. Para o ano de 2033, a ?rea da nascente do rio Pitimbu e proximidades da lagoa do Jiqui ter?o a possibilidade efetiva de crescimento acima de 78%. Por fim, observou -se uma tend?ncia de crescimento urbano ex?geno (de fora para dentro) na Bacia. Em consequ?ncia desse crescimento, os recursos h?dricos tornar-se-?o cada vez mais escassos

Este trabalho investiga os processos de crescimento e evolução das localizações comerciais no espaço urbano. A formação e o desenvolvimento de múltiplos núcleos comerciais é parte do cenário urbano contemporâneo, criando padrões espaciais e temporais heterogêneos, que desafiam a compreensão de teóricos e planejadores. O estudo desses processos requer abordagens dinâmicas, compatíveis com a escala e a velocidade das mudanças. Nesse contexto, recorta-se como problema de pesquisa a modelagem do crescimento das localizações comerciais em setores urbanos, ao longo do tempo. O trabalho propõe a representação da dinâmica de crescimento quantitativo do comércio no espaço urbano através da distribuição logística, um modelo dinâmico e não-linear, capaz de descrever tipos de crescimento com capacidade limitada. O modelo adotado pressupõe um processo descentralizado de tomada de decisões individuais de localização por parte dos agentes - os lojistas - condicionados pelas decisões dos demais. Tais decisões dependem da interação com um ambiente que está em transformação, portanto as respostas também variam. Nesta concepção, forças de aceleração e desaceleração do crescimento das localizações comerciais, que emanam do processo de estruturação espacial urbana, são filtradas através de um processo de leitura e percepção por parte dos agentes. O modelo proposto é validado em quatro setores na cidade de Porto Alegre: Centro, Azenha, Menino Deus e Iguatemi, considerando dados de número de estabelecimentos varejistas ao longo de uma série temporal de 23 anos, de 1983 a 2006. Nesta pesquisa, o modelo logístico também foi explorado como instrumento de descrição e análise de dois problemas relacionados ao crescimento das localizações comerciais em setores urbanos. O primeiro diz respeito aos fatores envolvidos em tal crescimento. A hipótese adotada é que diferenças no processo de estruturação espacial urbana teriam capacidade de produzir uma especificidade no processo de crescimento do comércio em cada área considerada. Diferentes indicadores da estrutura espacial urbana são relacionados à dinâmica de crescimento em cada área, visando identificar os fatores mais relevantes a atuar nesse processo. O segundo problema envolve a aplicação do modelo logístico para o caso da implantação de um grande equipamento comercial, do tipo shopping center, avaliando como este afeta o crescimento do comércio no seu entorno. A investigação demonstra que o modelo proposto descreve o crescimento das localizações comerciais com alto grau de correlação com os dados empíricos em todas as áreas estudadas. O trabalho evidencia também que o modelo possibilita associar os fatores da estrutura espacial urbana ao crescimento do comércio. O modelo também se mostrou um instrumento válido para a análise do impacto da implantação de grandes equipamentos comerciais sobre o processo de crescimento do comércio no seu entorno. / This thesis investigates growth and evolution in retail location. The presence of multiple retail centers is an essential part of the contemporary urban scene, leading to heterogeneous spatial and temporal patterns, whose comprehension defies scholars and planners. Dynamic approaches are required for studying those processes of urban change, considering the scale and speed of change. In this context, this study focuses on modeling the growth of retail location in urban areas through time. To represent quantitative growth of retail location, the work proposes the use of logistic model, a non-linear model designed to describe a specific capacitated growing dynamics. The model assumes a decentralized process of individual location decisions taken by agents – the retailers – constrained by others decisions. Such decisions interact on a changing environment, thus, the answers also change. In this sense, accelerating and deterring forces for retail location growing, emanating from urban spatial structure, pass through a sort of filtering process: the way agents perceive and interpret the environment. Proposed model is validated in four areas in the city of Porto Alegre, Brazil: Centro, Azenha, Menino Deus and Iguatemi, considering data on number of retail establishment through a temporal data set of 23 years, from 1983 to 2006. In this study, logistic model has also been applied to describe and analyze two problems regarding retail location growth. The first problem refers to the causal factors involved in such growth process. The hypothesis adopted is that differences in spatial structuration process are able to produce a specific pattern of temporal growth. Different urban spatial structure indicators are then related to dynamics of growth in each area, trying to identify the most relevant aspects affecting this process. The second problem involves the use of logistic model referring to the case of large retail formats – such as regional shopping centers - aiming to understand the impact of such planned centers on quantitative retail growth. The investigation demonstrates that proposed model describes the growing of retail location with high levels of correlation to empirical data in all studied areas. It also shows that is possible to relate urban spatial structure factors to retail location growth. The model also performs as a valid instrument of impact analysis of large retail formats on the retail growth process at its neighborhood.