Técnicas de projeção desempenham papel importante na análise e exploração de dados multidimensionais, já que permitem visualizar informações muitas vezes ocultas na alta dimensão. Esta tese explora o potencial destas técnicas para resolver problemas relacionados à: 1) identificação de agrupamentos e 2) busca por similaridade em dados multidimensionais. Para identificação de agrupamentos foi desenvolvida uma técnica de projeção local e interativa que, além de projetar dados com ótima preservação de distâncias, permite que o usuário modifique o layout da projeção, agrupando um número reduzido de amostras representativas no espaço visual, de acordo com suas características. Os mapeamentos produzidos tendem a seguir o layout das amostras organizadas pelo usuário, facilitando a organização dos dados e identificação de agrupamentos. Contudo, nem sempre é possível selecionar ou agrupar amostras com base em suas características visuais de forma confiável, principalmente quando os dados não são rotulados. Para estas situações, um novo método para identificação de agrupamentos baseado em projeção foi proposto, o qual opera no espaço visual, garantindo que os grupos obtidos não fiquem fragmentados durante a visualização. Além disso, é orientado por um mecanismo de amostragem determinístico, apto a identificar instâncias que representam bem o conjunto de dados como um todo e capaz de operar mesmo em conjuntos de dados desbalanceados. Para o segundo problema: busca por similaridade em dados multidimensionais, uma família de métricas baseada em classes foi construída para projetar os dados, com o objetivo de minimizar a dissimilaridade entre pares de objetos pertencentes à mesma classe e, ao mesmo tempo, maximizá-la para objetos pertencentes a classes distintas. As métricas classes-específicas são avaliadas no contexto de recuperação de imagens com base em conteúdo. Com o intuito de aumentar a precisão da família de métricas classes-específicas, outra técnica foi desenvolvida, a qual emprega a teoria dos conjuntos fuzzy para estimar um valor de incerteza que é transferido para a métrica, aumentando sua precisão. Os resultados confirmam a efetividade das técnicas desenvolvidas, as quais representam significativa contribuição na tarefa de identificação de grupos e busca por similaridade em dados multidimensionais. / Projection techniques play an important role in multidimensional data analysis and exploration, since they allow to visualize information frequently hidden in high-dimensional spaces. This thesis explores the potential of those techniques to solve problems related to: 1) clustering and 2) similarity search in multidimensional data. For clustering data, a local and interactive projection technique capable of projecting data with effective preservation of distances was developed. This one allows the user to manipulate a reduced number of representative samples in the visual space so as to better organize them. The final mappings tend to follow the layout of the samples organized by the user, therefore, the user can interactively steer the projection. This makes it easy to organize and group large data sets. However, it is not always possible to select or group samples visually, in a reliable manner, mainly when handling unlabeled data. For these cases, a new clustering method based on multidimensional projection was proposed, which operates in the visual space, ensuring that clusters are not fragmented during the visualization. Moreover, it is driven by a deterministic sampling mechanism, able to identify instances that are good representatives for the whole data set. The proposed method is versatile and robust when dealing with unbalanced data sets. For the second problem: similarity search in multidimensional data, we build a family of class-specific metrics to project data. Such metrics were tailored to minimize the dissimilarity measure among objects from the same class and, simultaneously to maximize the dissimilarity among objects in distinct classes. The class-specific metrics are assessed in the context of content-based image retrieval. With the aim of increasing the precision of the class-specific metrics, another technique was developed. This one, uses the fuzzy set theory to estimate a degree of uncertainty, which is embedded in the metric, increasing its precision. The results confirm the effectiveness of the developed techniques, which represent significant contributions for clustering and similarity search in multidimensional data.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-08-14T17:46:24Z No. of bitstreams: 1 DanielGomesJunior.pdf: 2504797 bytes, checksum: 884299d9ce4456c07e4e57e87a6a36d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-14T17:46:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielGomesJunior.pdf: 2504797 bytes, checksum: 884299d9ce4456c07e4e57e87a6a36d9 (MD5) Previous issue date: 2010-07-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / This paper presents a study about the electric power systems visualization presenting as results: the implementation of the main visualization techniques used in the operation and control of these systems; a new representation of electrical magnitudes with the use of Thiessen polygons; and finally, the presentation of a new paradigm in information management and manipulation of the power system graphics in a three-dimensional environment. Moreover, it presents the architecture used in the construction of this threedimensional viewing environment, which in our work, enabled the creation of a virtual control room where operators can build and add to the virtual environment the wanted and available visualization in the management of the electric system, enabling the analysis of the problem from several di erent aspects. / Este trabalho apresenta um estudo sobre visualização de sistemas elétricos de potência e tem como resultados: a implementação das principais técnicas de visualização utilizadas no controle e operação destes sistemas; uma nova representação de grandezas elétricas com a utilização dos polígonos de Thiessen; e por fim, a apresentação de um novo paradigma no gerenciamento das informações e manipulação dos gréficos dos sistemas de potência em um ambiente tridimensional. Ademais, apresenta-se a arquitetura utilizada na construção deste ambiente de visualização tridimensional que, em nosso trabalho, possibilitou a criação de uma sala virtual de controle, na qual os operadores podem construir e adicionar ao ambiente virtual as visualizações desejadas e disponíveis no gerenciamento do sistema elétrico, possibilitando a análise do problema sob vários aspectos diferentes.

Desde a definção do problema de obtenção de regras de associação, vários algoritmos eficientes foram introduzidos para tratá-lo. Entretanto, ainda hoje o problema apresenta várias dificuldades práticas para os mineradores, como a determinação de limiares adequados de suporte mínimo e confiança mínima, a manipulação de grandes conjuntos de regras, e a compreensão de regras (especialmente aquelas contendo muitos itens). Para tratar estes problemas, pesquisadores têm investigado a aplicação de técnicas interativas, sumarização (de conjuntos de regras) e representações visuais. Entretanto, nenhuma abordagem na qual os usuários podem entender e controlar o processo por meio da interação com o algoritmo analítico ao longo de sua execução foi introduzida. Neste trabalho, é introduzida uma abordagem interativa para extração e exploração de regras de associação que insere o usuário no processo por meio de: execução interativa do Apriori ; seleção interativa de itemsets freqüentes; extração de regras baseada em itemsets e orientada por agrupamentos de itemsets similares; e exploração de regras aos pares. Para validar a abordagem, foram realizados diversos estudos, apoiados pelo Sistema \'I IND.2\' E, com o objetivo de: comparar a abordagem interativa, sob diversos aspectos, com uma abordagem convencional de obtenção de regras de associação; avaliar o efeito de variar alguns parâmetros do processo nos resultados finais; e mostrar a aplicação dos recursos oferecidos em situações reais e com usuários reais. Os resultados indicam que a abordagem apresentada é adequada, tanto em cenários exploratórios quanto em cenários em que há um direcionamento inicial para o processo, à execução de certas tarefas de extração de regras de associação, pois: provém recursos capazes de evitar execuções inteiras do algoritmo antes que os resultados sejam analisados; gera conjuntos de regras mais compactos; preserva a cobertura de itemsets; favorece a reformulação de tarefas ou a formulação de novas tarefas; e provê meios para comparação visual de regras, aumentando o poder de análise do minerador / Since the definition of the association rule mining problem, many efficient algorithms have been introduced to deal with it. However, the problem still presents many practical difficulties to the miners, such as the determination of suitable minimum support and minimum confidence thresholds, manipulation of large rule sets, and comprehension of rules (specially those containing many items). In order to deal with these problems, researchers have been investigating the application of interactive techniques, sumarization (of rule sets) and visual representations. Nonetheless, no approach in which users can understand and control the process through interaction with the analytical algorithm along its execution has been introduced. We introduce an interactive approach to extract and explore association rules that inserts the user into the process through: interactive execution of the Apriori ; interactive selection of frequent itemsets; itemset-based and cluster-oriented extraction of rules; and pairwise exploration of rules. To validate the approach, several studies have been conducted, supported by the \'I IND.2\' E System, aiming at: comparing the interactive approach, under several aspects, with a conventional approach to obtain association rules; evaluate the effect of different execution parameters in the final results; and illustrate its application in real situations and with real users. Results of these studies indicate that the approach is adequate, both in exploratory scenarios and in scenarios in which there is an initial guidance for the process, to the execution of certain association rule extraction tasks, because: it provides resources to avoid complete algorithm executions before results are analyzed; generates more compact rule sets for exploration; preserves rule diversity; favors the reformulation of tasks; and provides support for rule comparison, enhancing analysis capability for miners

Made available in DSpace on 2016-04-29T14:23:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Patricia Kunst Canetti.pdf: 6615349 bytes, checksum: 2e3fdc72fd907b8fdac9ace8c05bdb03 (MD5) Previous issue date: 2015-04-07 / This work is a survey of Canal Contemporâneo's fourteen years of memory - www.canalcontemporaneo.art.br - and analyzes this memory and its adjacent concepts to point out the prospects of this experiment / research , which reached a surprising longevity in Brazilian cultural Internet. The rescue of its history and collective memory was done in three chapters which thread runs through the editorial sections, platforms and actions of Canal Contemporâneo. In the first chapter we discuss its origin, the first stimuli, concepts and developments. Since then gathered actions that operate in the field of art, politics and communication, pointing to a perspective of narrative and rereading of contemporary art, with a work on Social Netwok Analysis and Data Visualization. The theoretical basis of this research that only begins is based on the following fields and authors: Data Visualization (Fernanda Viégas, Lev Manovich e Manuel Lima); Taxonomy (Marcia Lei Zeng e Jian Qin); Social Netwok Analysis (Katherine Faust e Stanley Wasserman) and models of Random Graphs (Paul Erdős e Alfréd Rényi), Small-World (Duncan J. Watts e Steven Strogatz), Preferential Attachment (Albert-László Barabási e Réka Albert); History and Sociology of Art (Aby Warburg, Alfred Gell e Bruno Latour). We hope that the new shared experience through this work can contribute to a broader view of collection, archiving and cultural heritage, for public policy of culture in Brazil / Este trabalho faz um levantamento da memória de quatorze anos de existência do Canal Contemporâneo www.canalcontemporaneo.art.br e analisa esta memória e seus conceitos adjacentes para apontar as perspectivas deste experimento/pesquisa, que atingiu uma longevidade surpreendente na Internet cultural brasileira. O resgate de sua história e memória coletiva foi feito em três capítulos cujo fio condutor perpassa as seções editoriais, as plataformas e as ações do Canal Contemporâneo. No primeiro capítulo abordamos a sua origem, os primeiros estímulos, conceitos e desdobramentos. Desde então reuniu ações que operam no campo da arte, da política e da comunicação, que apontam para uma perspectiva de narrativa e releitura da arte contemporânea, com um trabalho de Análise de Redes Sociais e Visualização de Dados. O embasamento teórico desta pesquisa que apenas se inicia se firma nos seguintes campos e autores: Visualizações de Dados (Fernanda Viégas, Lev Manovich e Manuel Lima); Taxonomia (Marcia Lei Zeng e Jian Qin); Análise de Redes Sociais (Katherine Faust e Stanley Wasserman) e dos modelos de Grafos Aleatórios (Paul Erdős e Alfréd Rényi), Small-World (Duncan J. Watts e Steven Strogatz), Preferential Attachment (Albert-László Barabási e Réka Albert); História e Sociologia da Arte (Aby Warburg, Alfred Gell e Bruno Latour). Esperamos que a nova experiência compartilhada através deste trabalho possa contribuir para uma visão mais ampla de acervo, arquivo e patrimônio cultural, para as políticas públicas de cultura no Brasil

Les systèmes distribués, tels que les grilles, sont utilisés aujourd’hui pour l’exécution des grandes applications parallèles. Quelques caractéristiques de ces systèmes sont l’interconnexion complexe de ressources qui pourraient être présent et de la facile passage à l’échelle. La complexité d’interconnexion vient, par exemple, d’un nombre plus grand de directives de routage pour la communication entre les processus et une latence variable dans le temps. La passage à l’échelle signifie que des ressources peuvent être ajoutées indéfiniment simplement en les reliant à l’infrastructure existante. Ces caractéristiques influencent directement la façon dont la performance des applications parallèles doit être analysée. Les techniques de visualisation traditionnelles pour cette analyse sont généralement basées sur des diagrammes de Gantt que disposent la liste des composants de l’application verticalement et metent la ligne du temps sur l’axe horizontal. Ces représentations visuelles ne sont généralement pas adaptés à l’analyse des applications exécutées en parallèle dans les grilles. La première raison est qu’elles n’ont pas été conçues pour offrir aux développeurs une analyse qui montre aussi la topologie du réseau des ressources. La deuxième raison est que les techniques de visualisation traditionnels ne s’adaptent pas bien quand des milliers d’entités doivent être analysés ensemble. Cette thèse tente de résoudre les problèmes des techniques traditionnelles dans la visualisation des applications parallèles. L’idée principale est d’exploiter le domaine de la visualisation de l’information et essayer d’appliquer ses concepts dans le cadre de l’analyse des programmes parallèles. Portant de cette idée, la thèse propose deux modèles de visualisation : les trois dimensions et le modèle d’agrégation visuelle. Le premier peut être utilisé pour analyser les programmes parallèles en tenant compte de la topologie du réseau. L’affichage lui-même se compose de trois dimensions, où deux sont utilisés pour indiquer la topologie et la troisième est utilisée pour représenter le temps. Le second modèle peut être utilisé pour analyser des applications parallèles comportant un très grand nombre de processsus. Ce deuxième modèle exploite une organisation hiérarchique des données utilisée par une technique appelée Treemap pour représenter visuellement la hiérarchie. Les implications de cette thèse sont directement liées à l’analyse et la compréhension des applications parallèles exécutés dans les systèmes distribués. Elle améliore la compréhension des modes de communication entre les processus et améliore la possibilité d’assortir les motifs avec cette topologie de réseau réel sur des grilles. Bien que nous utilisons abondamment l’exemple de la topologie du réseau, l’approche pourrait être adapté, avec presque pas de changements, à l’interconnexion fourni par un middleware d’une interconnexion logique. Avec la technique d’agrégation, les développeurs sont en mesure de rechercher des patterns et d’observer le comportement des applications à grande échelle. / Sistemas distribuídos tais como grids são usados hoje para a execução de aplicações paralelas com um grande número de processos. Algumas características desses sistemas são a presença de uma complexa rede de interconexão e a escalabilidade de recursos. A complexidade de rede vem, por exemplo, de largura de banda e latências variáveis ao longo do tempo. Escalabilidade é a característica pela qual novos recursos podem ser adicionados em um grid apenas através da conexão em uma infraestrutura pré-existente. Estas características influenciam a forma como o desempenho de aplicações paralelas deve ser analisado. Esquemas tradicionais de visualização de desempenho são usualmente baseados em gráficos Gantt com uma dimensão para listar entidades monitoradas e outra para o tempo. Visualizações como essa não são apropriadas para a análise de aplicações paralelas executadas em grid. A primeira razão para tal é que elas não foram concebidas para oferecer ao desenvolvedor uma análise que mostra a topologia dos recursos e a relação disso com a aplicação. A segunda razão é que técnicas tradicionais não são escaláveis quando milhares de entidades monitoradas devem ser analisadas conjuntamente. Esta tese tenta resolver estes problemas encontrados em técnicas de visualização tradicionais para a análise de aplicações paralelas. A idéia principal consiste em explorar técnicas da área de visualização da informação e aplicá-las no contexto de análise de programas paralelos. Levando em conta isto, esta tese propõe dois modelos de visualização: o de três dimensões e o modelo de agregação visual. O primeiro pode ser utilizado para analisar aplicações levando-se em conta a topologia da rede dos recursos. A visualização em si é composta por três dimensões, onde duas são usadas para mostrar a topologia e a terceira é usada para representar o tempo. O segundo modelo pode ser usado para analisar aplicações paralelas com uma grande quantidade de processos. Ela explora uma organização hierárquica dos dados de monitoramento e uma técnica de visualização chamada Treemap para representar visualmente a hierarquia. Os dois modelos representam uma nova forma de analisar aplicação paralelas visualmente, uma vez que eles foram concebidos para larga-escala e sistemas distribuídos complexos, como grids. As implicações desta tese estão diretamente relacionadas à análise e ao entendimento do comportamento de aplicações paralelas executadas em sistemas distribuídos. Um dos modelos de visualização apresentados aumenta a compreensão dos padrões de comunicação entre processos e oferece a possibilidade de observar tal padrão com a topologia de rede. Embora a topologia de rede seja usada, a abordagem pode ser adaptada sem grandes mudanças para levar em conta interconexões lógicas de bibliotecas de comunicação. Com a técnica de agregação apresentada nesta tese, os desenvolvedores são capazes de observar padrões de aplicações paralelas de larga escala. / Highly distributed systems such as grids are used today for the execution of large-scale parallel applications. Some characteristics of these systems are the complex resource interconnection that might be present and the scalability. The interconnection complexity comes from the different number of hops to provide communication among applications processes and differences in network latencies and bandwidth. The scalability means that the resources can be added indefinitely just by connecting them to the existing infrastructure. These characteristics influence directly the way parallel applications performance must be analyzed. Current traditional visualization schemes to this analysis are usually based on Gantt charts with one dimension to list the monitored entities and the other dimension dedicated to time. These visualizations are generally not suited to parallel applications executed in grids. The first reason is that they were not built to offer to the developer an analysis that also shows the network topology of the resources. The second reason is that traditional visualization techniques do not scale well when thousands of monitored entities must be analyzed together. This thesis tries to overcome the issues encountered on traditional visualization techniques for parallel applications. The main idea behind our efforts is to explore techniques from the information visualization research area and to apply them in the context of parallel applications analysis. Based on this main idea, the thesis proposes two visualization models: the three-dimensional and the visual aggregation model. The former might be used to analyze parallel applications taking into account the network topology of the resources. The visualization itself is composed of three dimensions, where two of them are used to render the topology and the third is used to represent time. The later model can be used to analyze parallel applications composed of several thousands of processes. It uses hierarchical organization of monitoring data and an information visualization technique called Treemap to represent that hierarchy. Both models represent a novel way to visualize the behavior of parallel applications, since they are conceived considering large-scale and complex distributed systems, such as grids. The implications of this thesis are directly related to the analysis and understanding of parallel applications executed in distributed systems. It enhances the comprehension of patterns in communication among processes and improves the possibility of matching this patterns with real network topology of grids. Although we extensively use the network topology example, the approach could be adapted with almost no changes to the interconnection provided by a middleware of a logical interconnection. With the scalable visualization technique, developers are able to look for patterns and observe the behavior of large-scale applications.

A Web Semântica tem como meta fazer com que os conteúdos disponibilizados na Web tenham significado não apenas para pessoas, mas também que possam ser processados por máquinas. Essa meta está sendo realizada com o desenvolvimento e uso de ontologias para criar dados anotados semanticamente. Entre as distintas formas de anotação semântica, a Semantic Web Rule Language (SWRL) torna possível criar anotações no formato de regras que combinam regras com conceitos definidos em ontologias, especificadas em Web Ontology Language (OWL), para representar conhecimento sobre dados por meio de afirmações condicionais. Todavia, à medida que o número dessas regras crescem, seus desenvolvedores podem enfrentar dificuldades para gerenciá-las adequadamente. Um grande conjunto de regras torna-se difícil de entender e propício a erros, principalmente quando usado e mantido de forma colaborativa. Neste trabalho é apresentado um conjunto de soluções para aprimorar o uso e gerenciamento de regras SWRL, que compreendem o desenvolvimento de novas representações visuais, técnicas de classificação de regras e ferramenta de detecção de erros. Essas soluções resultaram no SWRL Editor, uma ferramenta Web de visualização e composição de regras que roda como um plug-in para o Web Protégé. Como estudo de caso, foi utilizada a Autism Phenologue Rules, uma ontologia para caracterizar fenótipos de autismo, para exemplificar um conjunto grande e complexo de regras SWRL. A partir desse estudo, uma nova representação visual específica para as regras dessa ontologia foi elaborada, permitindo que um especialista em autismo, sem grandes conhecimentos computacionais, seja capaz de ver e editar regras sem ter de se preocupar com a sintaxe da linguagem SWRL. Os resultados obtidos indicam que o SWRL Editor é uma ferramenta clara e intuitiva, contribuindo para um melhor entendimento, criação e gerenciamento de regras SWRL. / The Semantic Web aims to make web content available not only to people but also to computers using machine-readable formats. This goal is being realized with the development and use of ontologies to create semantically annotated data. Among the different ways to annotate data, the Semantic Web Rule Language (SWRL) enables rule-based annotation that combines rules with ontology concepts, defined using the Web Ontology Language (OWL), to represent knowledge about data as conditional assertions. However, as the number of these rule-base annotations grows, developers face problems when trying to manage them. A large rule set becomes difficult to understand and prone to errors, especially when it is collaboratively maintained. This work presents solutions to improve SWRL rule use and management that include the development of new visual representations, classification techniques and error detection tools. These solutions resulted in the SWRL Editor, a webbased visualization and composition tool for SWRL rules that runs as a Web Protégé plug-in. As a case study, we used the Autism Phenologue Rules, an ontology to characterize autism phenotypes, to exemplify a large and complex SWRL rule set. From this study, a new visual representation, specific for this ontologys rules, has been developed, allowing an expert in autism, without a lot of computational knowledge, to be able to view and edit the rules without having to worry about SWRL syntax. The results obtained indicate that the SWRL Editor is a clear and intuitive tool, contributing for a better understanding and easing the creation and management of SWRL rule sets

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

As Deficiências na Percepção de Cores (DPC) afetam aproximadamente 200 milhões de pessoas em todo o mundo, comprometendo suas habilidades para efetivamente realizar tarefas relacionadas com cores e com visualização. Isto impacta significantemente os âmbitos pessoais e profissionais de suas vidas. Este trabalho apresenta um modelo baseado na fisiologia para simulação da percepção de cores. Além de modelar visão de cores normal, ele também compreende os tipos mais predominantes de deficiências na visão de cores (i.e., protanopia, deuteranopia, protanomalia e deuteranomalia), cujas causas são hereditárias. Juntos estes representam aproximadamente 99.96% de todos os casos de DPC. Para modelar a percepção de cores da visão humana, este modelo é baseado na teoria dos estágios e é derivado de dados reportados em estudos eletrofisiológicos. Ele é o primeiro modelo a consistentemente tratar visão de cores normal, tricromacia anômala e dicromacia de modo unificados. Seus resultados foram validados por avaliações experimentais envolvendo grupos de indivíduos com deficiência na percepção de cores e outros com visão de cores normal. Além disso, ele pode proporcionar a melhor compreensão e um feedback sobre como aperfeiçoar as experiências de visualização por indivíduos com DPC. Ele também proporciona um framework para se testar hipóteses sobre alguns aspectos acerca das células fotoreceptoras na retina de indivíduos com deficiência na percepção de cores. Este trabalho também apresenta uma técnica automática de recoloração de imagens que visa realçar o contraste de cores para indivíduos dicromatas com custo computacional variando linearmente com o número de pixels. O algoritmo proposto pode ser eficientemente implementado em GPUs, e para imagens com tamanhos tipicos ele apresenta performance de até duas ordens de magnitude mais rápida do que as técnicas estado da arte atuais. Ao contrário das abordagens anteriores, a técnica proposta preserva coerência temporal e, portanto, é adequado para recoloração de vídeos. Este trabalho demonstra a efetividade da técnica proposta ao integrá-la a um sistema de visualização e apresentando, pela primeira vez, cenas de visualização recoloridas para dicromatas em tempo-real e com alta qualidade. / Color vision deficiency (CVD) affects approximately 200 million people worldwide, compromising the ability of these individuals to effectively perform color and visualizationrelated tasks. This has a significant impact on their private and professional lives. This thesis presents a physiologically-based model for simulating color perception. Besides modeling normal color vision, it also accounts for the hereditary and most prevalent cases of color vision deficiency (i.e., protanopia, deuteranopia, protanomaly, and deuteranomaly), which together account for approximately 99.96% of all CVD cases. This model is based on the stage theory of human color vision and is derived from data reported in electrophysiological studies. It is the first model to consistently handle normal color vision, anomalous trichromacy, and dichromacy in a unified way. The proposed model was validated through an experimental evaluation involving groups of color vision deficient individuals and normal color vision ones. This model can provide insights and feedback on how to improve visualization experiences for individuals with CVD. It also provides a framework for testing hypotheses about some aspects of the retinal photoreceptors in color vision deficient individuals. This thesis also presents an automatic image-recoloring technique for enhancing color contrast for dichromats whose computational cost varies linearly with the number of input pixels. This approach can be efficiently implemented on GPUs, and for typical image sizes it is up to two orders of magnitude faster than the current state-of-the-art technique. Unlike previous approaches, the proposed technique preserves temporal coherence and, therefore, is suitable for video recoloring. This thesis demonstrates the effectiveness of the proposed technique by integrating it into a visualization system and showing, for the first time, real-time high-quality recolored visualizations for dichromats.

Métodos de simulação baseados em dinâmica de fluidos computacional (DFC) têm sido empregado em diversas areas de estudo, tais como aeroacústica, dinâmica dos gases, fluidos viscoelásticos, entre outros. Entretanto, a necessidade de maior acurácia e desempenho destes métodos têm dado origem a soluções representadas por conjuntos de dados cada vez mais complexos. Neste contexto, técnicas voltadas à extração de estruturas relevantes (features), e sua posterior visualização, têm um papel muito importante, tornando mais fácil e intuitiva a análise dos dados gerados por simulações. Os métodos de extração de estruturas detectam e isolam elementos significativos no contexto da análise dos dados. No caso da análise de fluidos, estas estruturas podem ser isosuperfícies de pressão, vórtices, linhas de separação, etc. A visualização, por outro lado, confere atributos visuais a estas estruturas, permitindo uma análise mais intuitiva através de sua inspeção visual. Tradicionalmente, métodos de DFC representam suas soluções como funções lineares definidas sobre elementos do domínio. Entretanto, a evolução desses métodos tem dado origem a soluções representadas analiticamente através de funções de alta ordem. Apesar destes métodos apresentarem características desejáveis do ponto de vista de eficiência e acurácia, os dados gerados não são compatíveis com os métodos de extração de estruturas ou de visualização desenvolvidos originalmente para dados interpolados linearmente. Uma alternativa para este problema consiste na redução da ordem dos dados através de reamostragem e posterior aplicação de métodos tradicionais para extração de estruturas e visualização. Porém, o processo de amostragem pode introduzir erros nos dados ou resultar em excessivo consumo de memória, necessária ao armazenamento das amostras. Desta forma, torna-se necessário o desenvolvimento de métodos de extração e visualização que possam operar diretamente sobre os dados de alta ordem. As principais contribuições deste trabalho consistem em dois métodos que operam diretamente sobre dados de alta ordem. O primeiro consiste em um método para extração e visualização de isosuperfícies. O método baseia-se em uma abordagem híbrida que, ao distribuir o esforço computacional envolvido na extração e visualização das isosuperfícies em operações executadas nos espaços do objeto e da imagem, permite a exploração interativa de isosuperfícies através da troca de isovalores. O segundo método consiste em uma técnica para extração de estruturas lineares, onde a avaliação da forma intervalar do operador parallel vectors, em conjunto com métodos de subdivisão adaptativa, é utilizada como critério de pesquisa destas estruturas. Ambos os métodos foram projetados para tirarem proveito do paralelismo do hardware gráfico. Os resultados obtidos são apresentados tanto para dados sintéticos quanto para dados de simulações gerados através do método de Galerkin discontínuo. / Computational fluid dynamics (CFD) methods have been employed in the studies of subjects such as aeroacoustics, gas dynamics, turbo machinery, viscoelastic fluids, among others. However, the need for accuracy and high performance resulted in methods whose solutions are becoming increasingly more complex. In this context, feature extraction and visualization methods play a key role, making it easier and more intuitive to explore and analyze the simulation data. Feature extraction methods detect and isolate relevant structures in the context of data analysis. In the case of flow analysis, these structures could be pressure isocontours, vortex cores, detachment lines, etc. By assigning visual attributes to these structures, visualization methods allow for a more intuitive analysis through visual inspection. Traditionally, CFD methods represent the solution as piecewise linear basis functions defined over domain elements. However, the evolution of CFD methods has led to solutions represented analytically by higher-order functions. Despite their accuracy and efficiency, data generated by these methods are not compatible with feature extraction and visualization methods targeted to linearly interpolated data. An alternative approach is resampling, which allows the use of existing low order feature extraction and visualization methods. However, resampling is not desirable since it may introduce error due to subsampling and increase memory consumption associated to samples storage. To overcome these limitations, attention has recently been given to methods that handle higher-order data directly. The main contributions of this thesis are two methods developed to operate directly over higher-order data. The first method consists of an isocontouring method. It relies on a hybrid technique that, by splitting the isocontouring workload over image and object space computations, allows for interactive data exploration by dynamically changing isovalues. The second method is a line-type feature extraction method. The search for features is accomplished using adaptive subdivision methods driven by the evaluation of the inclusion form of the parallel vectors operator. Both methods were designed to take advantage of the parallelism of current graphics hardware. The obtained results are presented for synthetic and real simulation higher-order data generated with the discontinuous Galerkin method.

In this work we study the curvature visualization problem on surfaces implicitly defined by functions f: [0,1]³ → [0,1], using the ray casting technique. As we usually know only sampled values of f, we study the tricubic interpolation method to compute second order derivatives accurately. This work's implementation was designed as modules to the framework for volume rendering and image processing named Voreen, that uses the processing capability of graphics cards to improve the rendering tasks. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Neste trabalho, estudaremos a visualização da curvatura de superfícies definidas implicitamente por funções do tipo f:[0,1]³ [0,1], usando a técnica de lançamento de raios (ray casting). Como em geral conhecemos apenas valores amostrados de f, estudaremos um método de interpolação tricúbica, a fim de calcular as derivadas de segunda ordem precisamente. A implementação computacional deste trabalho foi desenvolvida na forma de módulos do framework de visualização e processamento de imagens Voreen, o qual se beneficia do poder de processamento das placas gráficas atuais para acelerar o processo de visualização.