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.

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.

Nesta tese, entendemos design como um processo criativo de busca por soluções para problemas complexos e mal definidos. Design é o ato projetual de busca por boas soluções em espaços contendo diversas soluções possíveis. O design de visualizações é o desenvolvimento de metáforas visuais para dados abstratos, é a transformação de dados em representações gráficas interativas. Visualizações têm o objetivo de auxiliar os processos cognitivos de compreensão de informação e tornar mais eficiente e efetiva a execução de tarefas envolvendo dados. A complexidade do design de visualizações está tanto na multiplicidade e impossibilidade de redução de seus problemas quanto na extensão e variação de seus dados. Para tratar dessa complexidade, o designer executa uma conversa reflexiva com externalizações materiais do projeto. Essas representações externas podem funcionar como entidades intermediárias de projeto, quando elas não são, em si, a descrição do problema, nem a representação de uma solução e, sim, uma entidade que opera entre esses espaços. As três principais atividades do desenvolvimento de visualizações são o entendimento, a transformação e o mapeamento gráfico dos dados. Transformação de dados é um componente ativo no design de visualizações, pois muitas das decisões tomadas sobre as marcas gráficas dependem da transformação e da derivação dos dados. Propomos que o uso de representações gráficas de estruturas de dados, quando abordadas como entidades intermediárias de projeto, pode auxiliar no processo de design de visualização de dados, ajudando a tratar sua complexidade e a produzir melhores soluções para problemas de visualização. Ao externalizar a representação de estruturas de dados, cria-se um suporte material para memória e raciocínio, que auxilia na compreensão dessas estruturas. Ao abordar essas representações como entidades intermediárias de projeto, é possível tratá-las como materiais que dão suporte para a definição, o entendimento e a navegação pelo espaço de possibilidades de um projeto. Elas passam a ser representações que auxiliam na compreensão das possíveis soluções de uma visualização e os meios para atingi-las. Nesta tese, defendemos essa proposição por meio de um embasamento teórico e do desenvolvimento e aplicação de uma técnica de representação de estruturas de dados. / In this thesis, we understand design as a creative process of searching for solutions to complex and ill-defined problems. Design is the act of search for good solutions in spaces containing several possible solutions. The design of visualizations is the development of visual metaphors for abstract data, is the transformation of data in interactive graphics. Visualizations are intended to assist the cognitive processes of understanding information and to make more efficient and effective the execution of tasks involving data. The complexity of visualization design is both in the impossibility of reducing their problems as in the extent and range of the data. To address this complexity, the designer performs a reflective conversation with project externalizations. These external representations can act as intermediary entities for the project when they are not a description of the problem or the representation of a solution, but rather an entity that operates between these spaces. The three main activities in the development of visualizations are the understanding, the transformation and the graphical mapping of the data. Data Transformation is an active component in visualization design because many of the decisions taken on the graphic marks depend on the processing and transformation of data. We propose that the use of graphical representations of data structures, when addressed as intermediary entities project, can assist in the process of data visualization design, helping to address its complexity and to produce better solutions for visualization problems. The externalization of the representation of data structures creates a support material for memory and reasoning, which helps in understanding these structures. In addressing these representations as intermediary project entities, you can treat them as materials that support definition, understanding and navigation of the possibilities of a project space. They become representations that help in understanding the possible solutions of visualization and the means to achieve them. In this thesis, we defend this proposition through a theoretical foundation and the development and implementation of a data structure representation technique.

A pesquisa busca alcançar novos aportes para estudos em infografia jornalística à medida que investiga qualidades, atividades profissionais e tecnologias envolvidas na produção de uma modalidade infográfica emergente, o infovis, contextualizada pelas potencialidades do meio digital e on-line, e sintonizada com práticas comunicacionais contemporâneas, que supera, em determinados aspectos, modelos infográficos anteriores. Com vistas a atingir nosso objetivo investigativo adotamos metodologia de pesquisa em duas etapas: 1) revisão conceitual de três referências teóricas fundamentais - visualização da informação, infografia jornalística e interatividade; e 2) proposta de análise de infovis com base na técnica de pesquisa de análise de conteúdo. Assim, o corpus empírico é constituído por 270 infovis de conteúdo temático político, sobretudo eleitoral, de quatro sítios jornalísticos - The New York Times, The Guardian, Folha de S. Paulo e O Estado de S. Paulo - veiculados entre jan. 2010 e dez. 2013. A partir de sistemático procedimento de análise elaborado segundo unidades e subunidades analíticas orientadas pelas três dimensões teóricas do dispositivo infovis (input, interface e output), obtivemos respostas codificadas para todas as peças do corpus. A leitura do formulário de análise preenchido gerou resultados e inferências sobre nossa amostra que apontam para aspectos produtivos pioneiros em infografia, como maior abertura comunicacional à audiência, emprego de ferramentas on-line e gratuitas para produção de infovis e utilização de tecnologia de atualização contínua dos dados visualizados. / The research seeks to offer new contributions for studies on journalistic infographics by investigating the qualities, professional activities, and technologies involved in the production of an emerging form of infographics, the infovis, within the context of the potential of online environments, in synch with contemporary communications practices, and which overcomes, in certain aspects, previous infographics models. In order to meet our research objective, we employed a two-stage method: 1) conceptual review of three fundamental theoretical subjects - information visualization, journalistic infographics, and interactivity; and 2) a proposal for the analysis of infovis based on the technique of content analysis research. Thus, the empirical corpus is made up of 270 examples of infovis with political thematic content, mainly electoral, from four journalistic websites - The New York Times, The Guardian, Folha de S. Paulo and O Estado de S. Paulo - published between January 2010 and December 2013. Based on a systematic procedure for analysis, organized by analytical units and subunits, as well as by the three theoretical facets of the infovis device (input, interface and output), we obtained codified responses for all pieces within the corpus. From the reading of the completed analysis form, results and inferences were generated for our sample, which point to pioneering productive features in infographics, such as greater communicative openness with the audience, use of free online tools for the production of infovis, and use of real-time technology for on-screen data

Sistemas para análise de imagens partem da premissa de que o conjunto de dados sob investigação está corretamente representado por características. Entretanto, definir quais características representam apropriadamente um conjunto de dados é uma tarefa desafiadora e exaustiva. Grande parte das técnicas de descrição existentes na literatura, especialmente quando os dados têm alta dimensionalidade, são baseadas puramente em medidas estatísticas ou abordagens baseadas em inteligência artificial, e normalmente são caixas-pretas para os usuários. A abordagem proposta nesta dissertação busca abrir esta caixa-preta por meio de representações visuais criadas pela técnica Multidimensional Classical Scaling, permitindo que usuários capturem interativamente a essência sobre a representatividade das características computadas de diferentes descritores. A abordagem é avaliada sobre seis conjuntos de imagens que contém texturas, imagens médicas e cenas naturais. Os experimentos mostram que, conforme a combinação de um conjunto de características melhora a qualidade da representação visual, a acurácia de classificação também melhora. A qualidade das representações é medida pelo índice da silhueta, superando problemas relacionados com a subjetividade de conclusões baseadas puramente em análise visual. Além disso, a capacidade de exploração visual do conjunto sob análise permite que usuários investiguem um dos maiores desafios em classificação de dados: a presença de variação intra-classe. Os resultados sugerem fortemente que esta abordagem pode ser empregada com sucesso como um guia para auxiliar especialistas a explorar, refinar e definir as características que representam apropriadamente um conjunto de imagens / Image analysis systems rely on the fact that the dataset under investigation is correctly represented by features. However, defining a set of features that properly represents a dataset is still a challenging and, in most cases, an exhausting task. Most of the available techniques, especially when a large number of features is considered, are based on purely quantitative statistical measures or approaches based on artificial intelligence, and normally are black-boxes to the user. The approach proposed here seeks to open this black-box by means of visual representations via Multidimensional Classical Scaling projection technique, enabling users to get insight about the meaning and representativeness of the features computed from different feature extraction algorithms and sets of parameters. This approach is evaluated over six image datasets that contains textures, medical images and outdoor scenes. The results show that, as the combination of sets of features and changes in parameters improves the quality of the visual representation, the accuracy of the classification for the computed features also improves. In order to reduce this subjectiveness, a measure called silhouette index, which was originally proposed to evaluate results of clustering algorithms, is employed. Moreover, the visual exploration of datasets under analysis enable users to investigate one of the greatest challenges in data classification: the presence of intra-class variation. The results strongly suggest that our approach can be successfully employed as a guidance to defining and understanding a set of features that properly represents an image dataset

A rápida evolução dos recursos computacionais vem permitindo que grandes conjuntos de dados sejam armazenados e recuperados. No entanto, a exploração, compreensão e extração de informação útil ainda são um desafio. Com relação às ferramentas computacionais que visam tratar desse problema, a Visualização de Informação possibilita a análise de conjuntos de dados por meio de representações gráficas e a Mineração de Dados fornece processos automáticos para a descoberta e interpretação de padrões. Apesar da recente popularidade dos métodos de visualização de informação, um problema recorrente é a baixa escalabilidade visual quando se está analisando grandes conjuntos de dados, resultando em perda de contexto e desordem visual. Com intuito de representar grandes conjuntos de dados reduzindo a perda de informação relevante, o processo de agregação visual de dados vem sendo empregado. A agregação diminui a quantidade de dados a serem representados, preservando a distribuição e as tendências do conjunto de dados original. Quanto à mineração de dados, visualização de informação vêm se tornando ferramental essencial na interpretação dos modelos computacionais e resultados gerados, em especial das técnicas não-supervisionados, como as de agrupamento. Isso porque nessas técnicas, a única forma do usuário interagir com o processo de mineração é por meio de parametrização, limitando a inserção de conhecimento de domínio no processo de análise de dados. Nesta dissertação, propomos e desenvolvemos uma metáfora visual baseada na TableLens que emprega abordagens baseadas no conceito de agregação para criar representações mais escaláveis para a interpretação de dados tabulares. Como aplicação, empregamos a metáfora desenvolvida na análise de resultados de técnicas de agrupamento. O ferramental resultante não somente suporta análise de grandes bases de dados com reduzida perda de contexto, mas também fornece subsídios para entender como os atributos dos dados contribuem para a formação de agrupamentos em termos da coesão e separação dos grupos formados. / The rapid evolution of computing resources has enabled large datasets to be stored and retrieved. However, exploring, understanding and extracting useful information is still a challenge. Among the computational tools to address this problem, information visualization techniques enable the data analysis employing the human visual ability by making a graphic representation of the data set, and data mining provides automatic processes for the discovery and interpretation of patterns. Despite the recent popularity of information visualization methods, a recurring problem is the low visual scalability when analyzing large data sets resulting in context loss and visual disorder. To represent large datasets reducing the loss of relevant information, the process of aggregation is being used. Aggregation decreases the amount of data to be represented, preserving the distribution and trends of the original dataset. Regarding data mining, information visualization has become an essential tool in the interpretation of computational models and generated results, especially of unsupervised techniques, such as clustering. This occurs because, in these techniques, the only way the user interacts with the mining process is through parameterization, limiting the insertion of domain knowledge in the process. In this thesis, we propose and develop the new visual metaphor based on the TableLens that employs approaches based on the concept of aggregation to create more scalable representations of tabular data. As application, we use the developed metaphor in the analysis of the results of clustering techniques. The resulting framework does not only support large database analysis but also provides insights into how data attributes contribute to clustering regarding cohesion and separation of the composed groups

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.

Submitted by Priscilla Araujo (priscilla@ibict.br) on 2016-10-06T18:03:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) MACHADO RN-2015.pdf: 21961286 bytes, checksum: 7e8aa4ddf94c43063595f93189c73433 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-06T18:03:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) MACHADO RN-2015.pdf: 21961286 bytes, checksum: 7e8aa4ddf94c43063595f93189c73433 (MD5) Previous issue date: 2015-11-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A pesquisa na área de células-tronco tem proporcionado avanços com grande potencial de intervenção no campo da saúde, despertando atenção da comunidade científica, bem como de todos os cidadãos. As células-tronco são células que têm capacidade de se autorrenovar e diferenciar em outras especializadas. A busca por um melhor entendimento destes processos tem sido foco atual dos estudos nessa área. Trata-se de um campo de conhecimento relativamente novo no mundo, onde o Brasil vem se destacando cada vez mais na arena da ciência global, já que é um dos poucos a deter a tecnologia de células-tronco pluripotentes induzidas (induced pluripotent stem cells), que permite obter células-tronco em laboratórios, favorecendo, assim, a pesquisa na área. Considerando, então, o papel de destaque do Brasil nesta área, o presente estudo parte da seguinte questão de pesquisa: qual a estrutura intelectual da literatura científica da área de célula-tronco no Brasil e nos demais países dos BRICS? Pretende-se, assim, mapear a estrutura intelectual da área de células-tronco da produção científica brasileira, no contexto dos países dos BRICS (composto por, além do Brasil, China, Rússia, Índia e África do Sul) em dois períodos, 1991-2000 e 2001-2010. O material de análise é constituído de artigos originais, que foram recuperados da base de dados Web of Science. O método utilizado foi de caráter exploratório descritivo e de natureza quantitativa, tendo, nas técnicas bibliométricas, especialmente a análise de cocitação de periódicos, seu maior alicerce, e os periódicos cocitados como unidade de medida para tal análise. Os resultados apontam para um crescimento da produção cientifica para os BRICS em todo o período analisado, sobretudo a partir de 2001. Esse crescimento foi caracterizado como sendo de natureza exponencial (r² = 0,97), com tempo de duplicação de 2,3 anos e taxa de crescimento 37,75% o que denota uma intensa velocidade de produção numa área dinâmica como a de células-tronco. As posições no ranking da produção científica para os BRICS se altera entre os períodos: a Rússia liderava no primeiro, acompanhada pela China, Índia, Brasil e África do Sul (1991-2000) e para o segundo a China ocupava a primeira posição seguida por Brasil, Rússia, Índia e África do Sul. A estrutura intelectual da produção científica dos BRCIS para o primeiro período foi direcionada mais à pesquisa aplicada, com ênfase em temas relacionados à hematologia e áreas afins. No segundo período, a estrutura intelectual dos BRICS concentrou-se na pesquisa básica, com atenção a temas de biologia celular, biologia molecular e bioquímica, como também temas considerados de natureza emergente, como odontologia, neurociências, cardiologia, oftalmologia e biomateriais. A estrutura intelectual, que teve como base de conhecimento os periódicos cocitados, evidenciou uma coleção dinâmica e interdisciplinar, o que condiz com a área em estudo. Para o primeiro período, a estrutura intelectual se pautou nos periódicos cocitados Blood, Cell, Experimental Hematology, British Journal of Haematology, Bone Marrow Transplantation, Cancer Research, Journal of Experimental Medicine e Journal of Immunology; e, para o segundo período, Stem Cells, Cell, Journal of Biological Chemistry, Biomaterials, Development, Journal of Neuroscience, Blood, Cancer Research, Bone Marrow Transplantation e Circulation. O conjunto de dados indica que a pesquisa na área de células-tronco no Brasil, em relação aos demais países dos BRICS, tem vertente tanto da pesquisa básica como da aplicada na área de terapias células-tronco. Com os resultados, uma série de novas questões de estudo são visualizadas a fim de melhor compreende a dinâmica da produção em uma área em constante transformação, como células-tronco, seja a partir de aplicações de diferentes abordagens de cocitação ou com outras perspectivas metodológicas. / Stem cells research has provided advances with great intervention potential in the field of health, arousing curiosity of both scientific community and citizens. Stem cells are cells that have the ability to self-renew and differentiate into other specialized cells. The search for a better understanding of these processes has been the focus of current studies in this area. This is a relatively new field of knowledge in the world, in which Brazil has been increasingly highlighting in the global science arena, since it is one of the few countries to hold the induced pluripotent stem cells technology, which allows scientists to obtain stem cells in laboratories and so the research in this area. Considering, then, the prominent role of Brazil in this field, this study starts from the following research question: what is the intellectual structure of the scientific literature of the stem cells area in Brazil and other countries from BRICS? It aims, therefore, mapping the intellectual structure of the stem cells area of the Brazilian scientific production in the context of BRICS countries (comprising, besides Brazil, China, Russia, India and South Africa) in two periods 1991-2000 and 2001-2010. The analysis were carried on original articles, recovered from Web of Science database. The method had an exploratory and descriptive approach, and used bibliometric techniques, mainly the analysis of co-citation journals, and cited periodicals were the unit of analysis. The results point to a growth of BRICS scientific production in the whole period, especially after 2001. We found that it had an exponential growth (r² = 0.97), with a doubling time of 2.3 years and growth rate of 37.75% which demonstrates an intense speed production in a dynamic area as stem cells. The ranking positions of scientific output for the BRICS changes from one period to another: Russia leading in the first, followed by China, India, Brazil and South Africa (1991-2000) and in the second China is in the first position followed by Brazil, Russia, India and South Africa. The intellectual structure of BRICS scientific production for the first period (1991-2000) was related more to applied research, with emphasis on topics related to hematology and similar areas. In the second period (2001-2010), BRICS intellectual structure of the scientific production focused on basic research, with attention to cell biology topics, molecular biology and biochemistry, but also considered issues of emerging nature, such as dentistry, neuroscience, cardiology, ophthalmology and biomaterials. The intellectual framework, which was based on co-cited journals, showed a dynamic and interdisciplinary collection that matches the area under study. For the first period, the intellectual framework was guided in the co-cited journals as Blood Cell, Hematology Experimental, British Journal of Haematology, Bone Marrow Transplantation, Cancer Research, Journal of Experimental Medicine and Journal of Immunology; and for the second period, Stem Cells, Cell, Journal of Biological Chemistry, Biomaterials, Development, Journal of Neuroscience, Blood, Cancer Research, Bone Marrow Transplantation and Circulation. The data set indicates that the stem cells research in Brazil, compared to the other BRICS countries, presents both in the aspect of basic and applied research in the area of therapies stem cells. From the results obtained, new research questions appear in order to better understand an area constantly evolving, as stem cells, enabling applications of different co-citation techinques or other with multiple methodological approaches.

Made available in DSpace on 2018-06-27T19:13:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Guilherme Baggio Marin.pdf: 4379487 bytes, checksum: ec8b50d0e4b6a00e653571cf516dfb91 (MD5) Guilherme Baggio Marin.pdf.jpg: 3797 bytes, checksum: bd8774219b0438142a96f5e67a7dd6a5 (MD5) Previous issue date: 2013-09-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study aimed to investigate the contributions of the software Cabri 3D in the viewing of flat sections in the cube, made by high school students of a private school in Santa Maria, Rio Grande do Sul state. This Research has an investigative methodology, and the data collected is qualitative in nature, so the researcher should analyze and present the results. A group of 29 students of the 3rd year, all from the same class, volunteered for this study. Ten activities were prepared, where students performed sections in the cube using pencil and paper, then these same activities performed using the software Cabri 3D, so we could compare the results. The first three ones consisted in obtaining triangular regions, scalenon, isosceles and equilateral. The following three regions involved four sides to reach regions of six sides, increasing the difficulty of the buildings and the views. In each activity, students recorded, initially, their justifications on paper. Later, in the realization with the use of Cabri 3D, feature of the software itself, was used to type along with the building with the reasoning of the building. This research shows the advantages of using the software in the visualization of plane sections obtained from a cube by planes that intersect its edges. As a product of this master professional dissertation, we designed a Power Point tutorial addressing to the topic of the study proposed. / Este trabalho teve como objetivo investigar as contribuições do software Cabri 3D na visualização de seções planas no cubo, realizadas por alunos do ensino médio de uma escola particular de Santa Maria RS. A pesquisa tem a metodologia da investigação, e os dados coletados são de natureza qualitativa, cabendo ao investigador analisar e apresentar os resultados. Um grupo de 29 alunos do 3º ano, todos de uma mesma turma, foi voluntário para essa pesquisa. Foram elaboradas dez atividades, onde os alunos realizaram seções planas no cubo utilizando lápis e papel, posteriormente realizaram essas mesmas atividades usando o software Cabri 3D, dessa forma conseguimos comparar os resultados. As três primeiras consistiram na obtenção de regiões triangulares, escalena, isósceles e equiláteras. As três seguintes envolviam regiões de quatro lados até chegar a regiões de seis lados, aumentando o grau de dificuldade das construções e visualizações. Em cada atividade os alunos registraram, inicialmente, suas justificativas em papel. Posteriormente, na realização com o uso do Cabri 3D, utilizaram recurso do próprio programa para digitar junto à construção a argumentação da construção realizada. A pesquisa comprovou as vantagens do uso do software na visualização das seções planas obtidas em um cubo por planos que interceptam suas arestas. Como produto dessa dissertação de mestrado profissional, foi elaborado um tutorial em Power Point abordando o tema de estudo proposto.