Bancos de dados relacionais são fontes de dados rigidamente estruturadas, caracterizadas por relacionamentos complexos entre um conjunto de relações (tabelas). Entender tais relacionamentos é um desafio, porque os usuários precisam considerar múltiplas relações, entender restrições de integridade, interpretar vários atributos, e construir consultas SQL para cada tentativa de exploração. Neste cenário, introduz-se uma metodologia em duas etapas; primeiro utiliza-se um grafo organizado como uma estrutura hierárquica para modelar os relacionamentos do banco de dados, e então, propõe-se uma nova técnica de visualização para exploração relacional. Os resultados demonstram que a proposta torna a exploração de bases de dados significativamente simplificada, pois o usuário pode navegar visualmente pelos dados com pouco ou nenhum conhecimento sobre a estrutura subjacente. Além disso, a navegação visual de dados remove a necessidade de consultas SQL, e de toda complexidade que elas requerem. Acredita-se que esta abordagem possa trazer um paradigma inovador no que tange à compreensão de dados relacionais / Relational databases are rigid-structured data sources characterized by complex relationships among a set of relations (tables). Making sense of such relationships is a challenging problem because users must consider multiple relations, understand their ensemble of integrity constraints, interpret dozens of attributes, and draw complex SQL queries for each desired data exploration. In this scenario, we introduce a twofold methodology; we use a hierarchical graph representation to efficiently model the database relationships and, on top of it, we designed a visualization technique for rapidly relational exploration. Our results demonstrate that the exploration of databases is deeply simplified as the user is able to visually browse the data with little or no knowledge about its structure, dismissing the need of complex SQL queries. We believe our findings will bring a novel paradigm in what concerns relational data comprehension.

Nos últimos anos a utilização de pontos como primitiva gráfica básica vem mostrandose uma poderosa e versátil ferramenta para a computação gráfica. Considerável esforço de pesquisa vem sendo dedicado para encontrar formas eficientes de aquisição, representação, processamento, renderização e animação para conjuntos de pontos. As representações baseadas em pontos têm-se destacado como uma estratégia eficiente em computação desde que se tornou comum extrair modelos geométricos a partir de Scanners 3D, os quais geram grandes quantidades de pontos que aproximam a geometria do objeto. Este trabalho apresenta um conjunto de métodos para tratar a visibilidade aproximada para nuvens de pontos sem informação de conectividade e topologia. Primeiramente é proposto uma abordagem baseada em clusters para acelerar o operador de remoção de pontos proposto por Katz et al. A principal motivação para esta otimização é a possibilidade de conseguir um equilíbrio entre a velocidade e a qualidade do resultado. Também é apresentado uma técnica de renderização baseada em pontos acelerada por hardware chamada Surface Splatting. Esta abordagem utiliza mapeamento de textura com alpha blending para aproximar um filtro de reamostragem Elliptical Weighted Average no espaço de objeto. Juntamente com o Geometry Shader das modernas placas gráficas, produz de forma eficiente imagens de alta qualidade de superfícies amostradas por surfels. Por último é proposto um novo operador de remoção de pontos ocultos acelerado por hardware baseados na técnica de splatting juntamente com um operador morfológico de erosão modificado para reduzir o efeito de silhuetas no resultado final do operador. A motivação para a criação deste novo operador é a baixa eficiência demonstrada pelos métodos existentes para a utilização em aplicações em tempo real onde as nuvens de pontos são muito densas. Todas as técnicas apresentadas neste trabalho podem ser utilizadas em visualização científica com taxas interativas, em particular na visualização direta de geometria baseada em pontos. / In recent years the use of points as a fundamental graphics primitive has proved to be a powerful and versatile tool for computer graphics. Considerable research has been devoted to the efficient representation, modeling, processing, rendering and animation of point-sampled geometry. The point-based representation has gained increasing attention in computer graphics because 3D scanning systems easily extract large information from real-world objects. On the other hand, point sets are more flexible when compared to triangle meshes, because they are not required to maintain consistent topological information. This work presents a set of tools to determine the visibility and also to render a point-based geometry efficiently. Firstly, a cluster-based approach is proposed to speed up the hidden point removal operator proposed by Katz et al. The main idea of this study is to trade-off speed and quality in dynamic scenes of moving or deforming point clouds. After that, a hardware based point rendering technique called Surface Splatting is introduced. This approach uses the texture mapping with alpha blending and the Geometry Shader to approximate the Elliptical Weighted Average filter in object space. This efficient technique produces high quality images as surfel-based geometry. Finally, a new hidden point removal operator is presented. This operator, based on the splatting technique and also hardware accelerated, applies a morphological erosion operation in the depth buffer to reduce the silhouette effect in the final image. The motivation to develop a new operator is the low efficiency demonstrated by existing hidden point removal methods in real time applications, where the point cloud is very dense. All the techniques introduced in this work can be used in scientific visualization with interactive frame rates, particularly when visualizing point-based geometry sets.

Neste trabalho é apresentada a biblioteca AIM, uma biblioteca de objetos Pd que combina ferramentas de análise de áudio e síntese de imagens para a geração de acompanhamentos visuais para uma entrada musical. O usuário estabelece conexões que determinam como os parâmetros musicais afetam a síntese de objetos gráficos, e controla estas conexões em tempo-real durante a performance. A biblioteca combina um protocolo de comunicação para intercâmbio de parâmetros musicais e visuais com uma interface fácil de usar, tornando-a acessível a usuários sem experiência em programação de computadores. Suas áreas possíveis de aplicação incluem a musicalização infantil e a indústria de entretenimento. / This thesis describes the AIM library, a Pd object library which combines audio analysis and image synthesis tools for generating visual accompaniments to musical input data. The user establishes connections that determine how musical parameters affect the synthesis of graphical objects, and controls these connections in real-time during performance. The library combines a straightforward communication protocol for exchanging musical and visual parameters with an easy-to-use interface that makes it accessible for users with no computer programming experience. Its potential applications areas include children\'s musical education and the entertainment industry.

O processo automático de classificação de dados em geral, e em particular de classificação de imagens, é uma tarefa computacionalmente intensiva e variável em termos de precisão, sendo consideravelmente dependente da configuração do classificador e da representação dos dados utilizada. Muitos dos fatores que afetam uma adequada aplicação dos métodos de classificação ou categorização para imagens apontam para a necessidade de uma maior interferência do usuário no processo. Para isso são necessárias mais ferramentas de apoio às várias etapas do processo de classificação, tais como, mas não limitadas, a extração de características, a parametrização dos algoritmos de classificação e a escolha de instâncias de treinamento adequadas. Este doutorado apresenta uma metodologia para Classificação Visual de Imagens, baseada na inserção do usuário no processo de classificação automática através do uso de técnicas de visualização. A ideia é permitir que o usuário participe de todos os passos da classificação de determinada coleção, realizando ajustes e consequentemente melhorando os resultados de acordo com suas necessidades. Um estudo de diversas técnicas de visualização candidatas para a tarefa é apresentado, com destaque para as árvores de similaridade, sendo apresentadas melhorias do algoritmo de construção em termos de escalabilidade visual e de tempo de processamento. Adicionalmente, uma metodologia de redução de dimensionalidade visual semi-supervisionada é apresentada para apoiar, pela utilização de ferramentas visuais, a criação de espaços reduzidos que melhorem as características de segregação do conjunto original de características. A principal contribuição do trabalho é um sistema de classificação visual incremental que incorpora todos os passos da metodologia proposta, oferecendo ferramentas interativas e visuais que permitem a interferência do usuário na classificação de coleções incrementais com configuração de classes variável. Isso possibilita a utilização do conhecimento do ser humano na construção de classificadores que se adequem a diferentes necessidades dos usuários em diferentes cenários, produzindo resultados satisfatórios para coleções de dados diversas. O foco desta tese é em categorização de coleções de imagens, com exemplos também para conjuntos de dados textuais / Automatic data classification in general, and image classification in particular, are computationally intensive tasks with variable results concerning precision, being considerably dependent on the classifier´s configuration and data representation. Many of the factors that affect an adequate application of classification or categorization methods for images point to the need for more user interference in the process. To accomplish that, it is necessary to develop a larger set of supporting tools for the various stages of the classification set up, such as, but not limited to, feature extraction, parametrization of the classification algorithm and selection of adequate training instances. This doctoral Thesis presents a Visual Image Classification methodology based on the user´s insertion in the classification process through the use of visualization techniques. The idea is to allow the user to participate in all classification steps, adjusting several stages and consequently improving the results according to his or her needs. A study on several candidate visualization techniques is presented, with emphasis on similarity trees, and improvements of the tree construction algorithm, both in visual and time scalability, are shown. Additionally, a visual semi-supervised dimensionality reduction methodology was developed to support, through the use of visual tools, the creation of reduced spaces that improve segregation of the original feature space. The main contribution of this work is an incremental visual classification system incorporating all the steps of the proposed methodology, and providing interactive and visual tools that permit user controlled classification of an incremental collection with evolving class configuration. It allows the use of the human knowledge on the construction of classifiers that adapt to different user needs in different scenarios, producing satisfactory results for several data collections. The focus of this Thesis is image data sets, with examples also in classification of textual collections

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Sistemas biológicos podem ser representados por redes que armazenam não apenas informações de conectividade, mas também informações de características de seus nós. No contexto biomolecular, esses nós podem representar proteínas, metabólitos, entre outros tipos de moléculas. Cada molécula possui características anotadas e armazenadas em bases de dados como o Gene Ontology. A comparação visual dessas redes depende de ferramentas que permitam o usuário identificar diferenças e semelhanças entre as anotações feitas sobre as moléculas (atributos) e também sobre as interações conhecidas (conexões). Neste trabalho de mestrado, buscou-se desenvolver técnicas que facilitem a comparação desses atributos sobre as moléculas, tentando manter no processo a visualização das redes em que essas moléculas estão inseridas. Como resultado, obteve-se a ferramenta VisPipeline-MultiNetwork, que permite comparar até seis redes, utilizando operações de conjuntos sobre as redes e sobre seus atributos. Dessa forma, diferentemente da maioria das ferramentas conhecidas para a visualização de redes biológicas, o VisPipeline-MultiNetwork permite a criação de redes cujos atributos são derivados das redes originais por meio de operações de união, intersecção e valores exclusivos. A comparação visual das redes é feita pela visualização do resultado dessas operações de conjuntos sobre as redes, por meio de um método de comparação lado-a-lado. Já a comparação dos atributos armazenados nos nós das redes é feita por meio de diagramas de Venn. Para auxiliar este tipo de comparação, a técnica InteractiVenn foi desenvolvida, em que o usuário pode interagir com um diagrama de Venn efetuando operações de união entre conjuntos. Essas operações de união aplicadas sobre os conjuntos são também aplicadas sobre as respectivas formas no diagrama. Esta característica da técnica a diferencia das outras ferramentas de criação de diagramas de Venn. Integrando essas funcionalidades, o usuário é capaz de comparar redes sob diversas perspectivas. Para exemplificar a utilização do VisPipeline-MultiNetwork, dois casos no contexto biomolecular foram estudados. Adicionalmente, uma ferramenta web para a comparação de listas de cadeias de caracteres por meio de diagramas de Venn foi desenvolvida. Ela também implementa a técnica InteractiVenn e foi denominada InteractiVenn website. / Biological systems can be represented by networks that store not only connectivity information, but also node feature information. In the context of molecular biology, these nodes may represent proteins, metabolites, and other types of molecules. Each molecule has features annotated and stored in databases such as Gene Ontology. A visual comparison of networks requires tools that allow the user to identify differences and similarities between nodes attributes as well as known interactions between nodes (connections). In this dissertation, we sought to develop a technique that would facilitate the comparison of these biological networks, striving to maintain in the process the visualization of the network connectivities. As a result, we have developed the VisPipeline-MultiNetwork tool, which allows comparison of up to six networks, using sets of operations on networks and on their attributes. Unlike most known tools for visualizing biological networks, VisPipeline-MultiNetwork allows the creation of networks whose attributes are derived from the original networks through operations of union, intersection and unique values. A visual comparison of the networks is achieved by visualizing the outcome of such joint operations through a all-in-one comparison method. The comparison of nodes attributes is performed using Venn diagrams. To assist this type of comparison, the InteractiVenn technique was developed, in which the user can interact with a Venn diagram, performing union operations between sets and their corresponding diagrams. This diagram union feature differs from other tools available for creating Venn diagrams. With these tools, users manage to compare networks from different perspectives. To exemplify the use of VisPipeline-MultiNetwork, two case studies were carried out in the biomolecular context. Additionally, a web tool for comparing lists of strings by means of Venn diagrams was made available. It also implements the InteractiVenn technique and its site has been named InteractiVenn.

No presente documento são reunidas as colaborações de inúmeros trabalhos das áreas de Bancos de Dados, Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados, Mineração de Dados, e Visualização de Informações Auxiliada por Computador que, juntos, estruturam o tema de pesquisa e trabalho da dissertação de Mestrado: a Visualização de Informações. A teoria relevante é revista e relacionada para dar suporte às atividades conclusivas teóricas e práticas relatadas no trabalho. O referido trabalho, embasado pela substância teórica pesquisada, faz diversas contribuições à ciência em voga, a Visualização de Informações, apresentando-as através de propostas formalizadas no decorrer deste texto e através de resultados práticos na forma de softwares habilitados à exploração visual de informações. As idéias apresentadas se baseiam na exibição visual de análises numéricas estatísticas básicas, frequenciais (Frequency Plot), e de relevância (Relevance Plot). São relatadas também as contribuições à ferramenta FastMapDB do Grupo de Bases de Dados e Imagens do ICMC-USP em conjunto com os resultados de sua utilização. Ainda, é apresentado o Arcabouço, previsto no projeto original, para construção de ferramentas visuais de análise, sua arquitetura, características e utilização. Por fim, é descrito o Pipeline de visualização decorrente da junção entre o Arcabouço de visualização e a ferramenta FastMapDB. O trabalho se encerra com uma breve análise da ciência de Visualização de Informações com base na literatura estudada, sendo traçado um cenário do estado da arte desta disciplina com sugestões de futuros trabalhos. / In the present document are joined the collaborations of many works from the fields of Databases, Knowledge Discovery in Databases, Data Mining, and Computer-based Information Visualization, collaborations that, together, define the structure of the research theme and the work of the Masters Dissertation presented herein. This research topic is the Information Visualization discipline, and its relevant theory is reviewed and related to support the concluding activities, both theoretical and practical, reported in this work. The referred work, anchored by the theoretical substance that was studied, makes several contributions to the science in investigation, the Information Visualization, presenting them through formalized proposals described across this text, and through practical results in the form of software enabled to the visual exploration of information. The presented ideas are based on the visual exhibition of numeric analysis, named basic statistics, frequency analysis (Frequency Plot), and according to a relevance analysis (Relevance Plot). There are also reported the contributions to the FastMapDB tool, a visual exploration tool built by the Grupo de Bases de Dados e Imagens do ICMC-USP, the performed enhancements are listed as achieved results in the text. Also, it is presented the Framework, as previewed in this work's original proposal, projected to allow the construction of visual analysis tools; besides its description are listed its architecture, characteristics and utilization. At last, it is described the visualization Pipeline that emerges from the joining of the visualization Framework and the FastMapDB tool. The work ends with a brief analysis of the Information Visualization science based on the studied literature, it is delineated a scenario of the state of the art of this discipline along with suggestions for future work.

A crescente disponibilidade de recursos computacionais para o cálculo, simulação e aquisição de dados permite que cientistas e engenheiros produzam enormes conjuntos de dados, bi ou tridimensionais, em geral multivariados. A aplicação de técnicas de Computação Gráfica com o objetivo de ganhar compreensão desses dados compreende o objeto de estudo da área conhecida por Visualização Científica. Texturização é uma forma de variar as propriedades de uma superfície ponto a ponto de forma que esta simule detalhes que não estão de fato presentes na sua geometria. A texturização pode ser aplicada usando as técnicas de mapeamento de textura, e a textura procedimental . Conjuntos de dados vetoriais tridimensionais necessitam de técnicas complexas e computacionalmente caras para que sejam visualizadas com sucesso. No caso de dados vetoriais densos, a visualização torna-se mais difícil, uma vez que as técnicas convencionais não produzem uma visualização adequada desse dados. A técnica conhecida por Line Integral Convolution (LIC) produz bons resultados para conjunto de dados vetoriais densos a um custo computacional aceitável. Esta técnica utiliza uma textura de ruído branco e o cálculo de streamlines como base para a geração da imagem LIC. Esta técnica produz assim uma imagem bidimensional de uma fatia selecionada desse conjunto de dados, interpolando a textura ruído segundo o campo vetorial a ser visualizado. Este trabalho propõe-se a invertigar a técnica LIC e sua relevância no contexto de visualização científica, através da implementação da classe vtkImageLIC. Esta classe segue os princípios de orientação a objetos podendo, assim, ser integrada à biblioteca de visualização VTK, conferindo-lhe portabilidade e capacidade de extensão. / The increasing availability of computational resources for calculus, simulation and data acquisition allow scientists and engineers to generate enormous datasets, bi or tridimensional, generally, multi-varied. The application of Computer Graphics techniques aiming at gathering a better understanding of these data is the target of an area known as Scientific Visualization (ViSC). Texturing is a means of changing the surface’s properties step by step in such a way that it simulates details which are not present in the surface´s geometry. Texturing can be applied through texturing mapping and procedural techniques. Tridimensional vectorial datasets require complex and computer-demanding techniques to be successfully visualized. For dense vectorial dataset, the visualization becomes more difficult, since conventional techniques do not generated an adequate visualization of data. The technique known as Line Integral Convolution (LIC) produces better results for dense vectorial dataset within acceptable computational costs. This technique uses a white noise texture and streamline calculus as the foundation for LIC image generation. As a result, the technique produces a bidimensional image of a selected slice of the dataset, by interpolating the white noise texture according to the vector field to be visualized. This work aims to investigate the LIC technique and its relevance in the context of Scientific Visualization, culminating with the implementation of the vtkImageLIC class. This class is bound to object oriented programming principles and can be integrated with the VTK visualization Library, allowing it to be portable and easily extensible.

O teste do monopolista hipotético, descrito nos guias de defesa da concorrência dos vários países do mundo, consiste na metodologia usada para definir o tamanho do mercado de um bem. Os testes de preços constituem uma das formas de operacionalizar o teste do monopolista hipotético via análise de cointegração. Considerando a ausência de intersecção desta área antitruste da economia com a área de computação, esse trabalho desenvolveu e implementou o teste de cointegração não linear de Kapetanios et al. (2006), como proposta de teste de preços, para avaliar se estes bens pertencem a um mesmo mercado relevante. Este objetivo é vinculado ao desenvolvimento de uma ferramenta visual de informação (computacional) com o objetivo de facilitar a apresentação vinculada aos resultados obtidos, uma vez que a área de antitruste envolve diferentes grupos de profissionais e agentes (consumidores e produtores). A ferramenta visual resultante busca facilitar a apresentação dos conceitos econômicos envolvidos em relação aos resultados normalmente apresentados. / The hypothetical monopolist test, described in guidebooks antitrust various countries of the world, is the methodology used to define the size of the market for a good. The tests of prices are one of the ways to operationalize the hypothetical monopolist test via cointegration analysis. Considering the absence of this intersection area of antitrust economics to the field of computing, this paper developed and implemented the nonlinear cointegration test of Kapetanios et al. (2006), as proposed price test to assess whether these goods belong to the same relevant market. This objective is linked to the development of a visual tool for information (computational) in order to facilitate the presentation linked to the results obtained, since the area of antitrust involves different groups of professionals and agents (consumers and producers). The resulting visual search tool facilitate the presentation of economic concepts involved in relation to the results presented normally.

O Prontuário Eletrônico do Paciente deve, idealmente, agregar todas as possíveis fontes de informação de um paciente, independentemente de sua localização e forma de armazenamento, e permitir às pessoas autorizadas acessar esses dados. Porém, na prática, os sistemas de informação médica são heterogêneos e de difícil integração, e as informações médicas são altamente complexas e pouco estruturadas (Klein, 2002). No sentido de integrar as informações médicas de sistemas heterogêneos e distribuídos desenvolveu-se, no Instituto do Coração, o projeto PACS-HC, com foco em imagens médicas. Neste trabalho, propõe-se o componente final de acesso às informações do PACS-HC, o Visualizador Contextual de Imagens Médicas. O visualizador proposto é capaz de realizar, além da visualização, processamento e pesquisa de imagens médicas, tarefas como a recuperação de imagens semelhantes em bases de dados de patologias e a recuperação de informações bibliográficas, utilizando o contexto dos dados. Para isso, criou-se um modelo de contexto, implementado na forma de uma ontologia utilizandose o software Protégé. Também se desenvolveu uma arquitetura extensível e robusta para processamento e visualização de imagens médicas. Como resultado, apresenta-se uma implementação, denominada ODIN, capaz de visualizar imagens de diferentes modalidades e dimensões e utilizar dados contextuais através de regras. Conclui-se que é possível e desejável a utilização de informação contextual para melhorar a interação com o usuário e percebe-se que há um potencial ainda maior para o uso de informações clínicas, como laudo e guidelines, no auxílio do Profissional de Saúde. Como trabalhos futuros pode-se citar a pesquisa de novas formas de utilização do contexto, por exemplo, com o uso de agentes inteligentes (DeLoack, 1999), e o refinamento do modelo do contexto a partir de casos de uso que evidenciem as necessidades clínicas do profissional de saúde em diferentes ambientes e situações. / The Electronic Health Record should, theoretically, aggregate all possible sources of information from a patient, no matter their location or storage format, and allow authorized people to access this information. However, in practice, the medical information systems are heterogeneous and hard to integrate, besides the fact that medical information is complex and poorly structured. To handle this problem the Heart Institute of São Paulo leaded a project named PACS-HC with the aim of integrating medical information from heterogeneous systems, focused mainly on medical images. This work proposes the visualization component of the PACS-HC, called Contextual Medical Image Viewer. The proposed viewer is capable of performing automatic actions using contextual information, like user role, location and image dimension. Some examples of actions are the retrieval of similar images from a case image database and reference information from the WEB. The contextual viewer uses a context model, implemented as an ontology, to perform those actions. It also relies on an extensible architecture for supporting the processing and visualization of medical images. The result is the software ODIN, which is capable of displaying images from different modalities and dimensions and using contextual information to perform actions using rules. It can be concluded that the use of contextual information is possible and desirable as a way to improve user interaction and it must be added that there is an extra potential for the use of medical information, not only image-related, but to improve the healthcare attention. As future work there are investigation of new ways of using contextual information, such as through intelligent agents, and the refinement of the context model from use cases that reveal the needs of physicians and healthcare professionals in different environments and situations.