O crescimento do volume de dados ocasionado pelo desenvolvimento tecnológico atual, tem sido fortemente evocado como premissa para a utilização de técnicas que auxiliem a exploração, análise e entendimento desses dados. Um conjunto dessas técnicas está compreendido na área de Visualização de Dados, que proporciona maneiras visuais de identificar padrões e tendências, além de extrair características obscuras dos dados. Tais abordagens podem ser aplicadas a qualquer problema que culmine na análise de dados. Um desses problemas é a utilização do som como ferramenta para descrever as características de uma paisagem, área denominada análise de Paisagens Acústicas. Nesta pesquisa de mestrado é apresentada uma abordagem visual para análise de Paisagens Acústicas. Essa abordagem consiste em duas etapas, sendo que na primeira são aplicadas técnicas visuais (Projeção Multidimensional t-SNE) e numéricas (Coeficiente de Silhueta) para avaliar quais conjuntos de características melhor descrevem uma Paisagem Acústica específica. A segunda etapa utiliza técnicas de visualização para analisar diferenças globais e características específicas de paisagens terrestres e aquáticas. Para isso foram utilizados o Mapa de Calor, as Coordenadas Paralelas e a xHiPP, uma extensão da projeção HiPP. A xHiPP busca melhorar a HiPP para alcançar melhor capacidade de análise e flexibilidade de aplicação. Com a aplicação das etapas apresentadas foi possível encontrar evidências de que o Mel-frequency Cepstrum Coefficients formam um conjunto de atributos eficaz para representação e segregação de Paisagens Acústicas. Também foi possível verificar que as técnicas de visualização empregadas na análise são capazes de destacar atributos semelhantes dos áudios, facilitando a análise, permitindo que o usuário dê enfoque às características relevantes do ambiente, no lugar de analisar áudios individuais para extrair informações. / The growth of data volume caused by current technological development has been strongly evoked as a premise for use of techniques that help exploration, analysis, and understanding of data. A subset of these techniques is yielded by the field of Data Visualization, which provides visual manners to identify patterns and trends, as well as the extraction of hidden data features. Such approaches can be applied to problems that aim at data analysis with a strong exploratory component. One such problem is the use of sound as a tool to describe environmental landscapes, named ecological Soundscapes. A visual approach to analysis Soundscapes is presented in this master research. The approach contains two steps, and the first step applies visual (tSNE Multidimensional Projection) and numeric (Silhouette Coefficient) techniques to evaluate attributes groups that better describe a specific Soundscape. The second step employs visual techniques to analysis global differences and specific features of the terrestrial and underwater environment. To achieve these goals, the research used Heatmap, Parallel Coordinates, and xHiPP, an extension of HiPP projection. The xHiPP enhanced HiPP to improve its analytical capabilities and flexibility. The presented steps were able to show evidence of the Mel-frequency Cepstrum Coefficients is an effective attribute collection to represent and segregate Soundscapes. As well, visual techniques employed in the analysis are capable to highlight similar audio features, making exploration easy, allowing users to focus relevant environmental attributes, instead of analyzing individual audios to extraction some information.

A queda do interesse por parte de novos universitários, para cursos de ciência da computação em várias universidades do mundo [55, 68], é um sinal para começarmos a pensar se um dos motivos dessa queda tem relação com a forma pela qual o ensino de computação está sendo conduzido. Nessa linha, perguntamos se existem maneiras de tornar o ensino de computação mais interativo e motivante para os alunos da nova geração, os quais cresceram no meio de uma das categorias mais complexas de software existentes hoje: os jogos de computador [10]. Esses softwares ficam cada vez mais interativos, complexos e ricos em detalhe com o passar do tempo. Conforme será exposto, por meio do estudo de algumas iniciativas de pesquisadores nesse sentido, o ensino de ciência da computação pode se tornar mais interessante e rico com a utilização de jogos de computador como recurso didático, para capturar a atenção dessa nova geração de estudantes. Com base nesse resultado, vamos focar nossa contribuição no ensino de lógica em cadeiras de Inteligência Artificial (IA), uma área de concentração da Ciência da Computação. Apresentamos uma ferramenta que chamamos de Odin, para construir e visualizar especificações executáveis de IA, por meio da linguagem PROLOG, em ambientes tridimensionais de jogos de computador. Entendemos que essa ferramenta pode ser utilizada como um recurso didático em cursos de lógica para alunos em nível de graduação. Como principal benefício, o aluno tem a possibilidade de explorar, observar e interagir com os resultados de seu trabalho. Essa possibilidade de visualização é o que parece reter a atenção do aluno, de acordo com pesquisadores na área. Disponibilizamos dois cenários de uso: O labirinto e o Mundo de Wumpus, dois cenários que juntos podem ser utilizados para cobrir uma boa parte da carga didática de um curso de lógica para graduação. Outros cenários podem ser desenvolvidos posteriormente por meio de extensão do framework composto por classes C++. A ferramenta foi utilizada em duas cadeiras de inteligência artificial no Instituto de Matemática e Estatística, da Universidade de são Paulo. Consideramos que a recepção da ferramenta por parte dos alunos foi positiva. / The interest in Computer Science related courses is dropping considerably as reported by various universities around the world. Among the factors that are causing this scenario to take place, one could certainly be the way Computer Science courses are being taught. With that in mind, we have asked if there are ways to teach Computer Science in a more engaging and interactive manner, so as to appeal to the new generation of students that grew in constant touch with one of the most complex and sophisticated categories of existing software, the interactive 3D computer games. This category of software is growing more intricate, complex and rich in detail day by day. And students seem to love it. The literature review presented in the course of this work will show that the use of computer games in teaching, especially in computer science courses, can be an effective way of providing an engaging, interactive and visually rich learning environment for students of the new generation. With this basis, our key contributions focus on the teaching of logic in Artificial Intelligence(AI) related courses, an important area within the Computer Science Curriculum. We propose a tool called Odin, for building executable specifications of AI, using the PROLOG language, in the form of interactive 3D computer games. We understand that this tool can be used as a didactic resource for undergraduate logic courses. The main benefit is that it enables the student to explore, observe and interact with the result of his own designs, which is what seems to capture the students attention, according to researchers in the field. We provide two scenarios: the labyrinth problem and the Wumpus World problem. Scenarios that combined can cover a large part of an undergraduate logic course Syllabus. The tool is extensible so that more scenarios can be added, by extending the framework composed of C++ classes. The tool was used in two graduate AI courses, in the Statistic and Mathematics Institute of the University of S~ao Paulo. We consider that the reception of the tool by the students was positive.

Coleções de músicas estão amplamente disponíveis na internet e, graças ao crescimento na capacidade de armazenamento e velocidade de transmissão de dados, usuários podem ter acesso a uma quantidade quase ilimitada de composições. Isso levou a uma maior necessidade de organizar, recuperar e processar dados musicais de modo automático. Visualização de informação é uma área de pesquisa que possibilita a análise visual de grandes conjuntos de dados e, por isso, é uma ferramenta muito valiosa para a exploração de bibliotecas musicais. Nesta dissertação, metodologias para a construção de duas técnicas de visualização de bases de dados de música são propostas. A primeira, Grafo de Similaridades, permite a exploração da base de dados em termos de similaridades hierárquicas. A segunda, RadViz Concêntrico, representa os dados em termos de tarefas de classificação e permite que o usuário altere a visualização de acordo com seus interesses. Ambas as técnicas são capazes de revelar estruturas de interesse no conjunto de dados, facilitando o seu entendimento e exploração. / Music collections are widely available on the internet and, leveraged by the increasing storage and bandwidth capability, users can currently access a multitude of songs. This leads to a growing demand towards automated methods for organizing, retrieving and processing music data. Information visualization is a research area that allows the analysis of large data sets, thus, it is a valuable tool for the exploration of music libraries. In this thesis, methodologies for the development of two music visualization techniques are proposed. The first, Similarity Graph, enables the exploration of data sets in terms of hierarchical similarities. The second, Concentric RadViz, represents the data in terms of classification tasks and enables the user to alter the visualization according to his interests. Both techniques are able to reveal interesting structures in the data, favoring its understanding and exploration.

Estruturas de dados volumétricas são de extrema utilidade em várias aplicações, e em particular na área de Visualização Científica. Essas estruturas são úteis em duas etapas do processo de visualização. A primeira é na representação de dados, isto é, de informações associadas aos valores, medidos ou simulados, os quais se deseja visualizar. A outra fase que necessita de uma estrutura de dados é a fase de exploração, ou seja, o modelo criado é usado tanto para exploração interativa quanto para a realização de simulações sobre o mesmo, por exemplo, numa cirurgia virtual. Está em desenvolvimento no ICMC, uma estrutura de dados volumétrica, chamada Singular Half-Face, que tem como característica a modelagem explícita das singularidades presentes no modelo, além de outros elementos topológicos. Este trabalho de mestrado visa testar a viabilidade da estrutura num contexto de visualização em fluxo de dados, incorporando-a à biblioteca gráfica de visualização Visualization ToolKit (VTK), que possui definição extremamente pobre da topologia dos objetos que representa. Adicionando essa nova classe e realizando sobre ela técnicas convencionais de visualização e exploração de dados, é estudada sua capacidade de apoiar todas as fases do processo de visualização. / Volumetric data structures are of extreme utility in various applications, and particularly in the area of Scientific Visualization. These structures are useful in two stages of the visualization process. The first one is in data representation, that is, in the organization of information associated with the values, measured or simulated, to be visualized. The other phase of the visualization data flow that needs a data structure is the exploration phase. It would be useful to have a model designed to be used both for interactive exploration and for simulation in a number of application, for example, in virtual surgery. A volumetric data structure, named Singular Half-Face (SHF) is being developed at the ICMC, that has as its main characteristic the explicit modeling of singularities present in the model, besides other essential topological elements. This dissertation aims at testing the viability of this structure in a context of visualization in data flow, by incorporating it in the Visualization ToolKit (VTK) class library, whose data structures are extremely poor in definition of the topology of the objects that they represent. By adding SHF to this library and carrying out conventional visualization and data exploration on it, we wish to study its support to all the phases of the visualization process.

Desenvolveu-se um modelo algorítmico e sua respectiva implementação com o objetivo de se obter o modelamento por facetas triangulares planas de superfícies 2D convexas e de superfícies 3D convexas. O modelo desenvolvido permite também a obtenção da normal a cada faceta, a envoltória convexa, a área e uma lista de bordas. Vários tipos de superfícies e com distribuição de pontos diferentes foram estudados. Para validar o método de modelamento, calculou-se o diagrama de espalhamento de superfícies refletoras típicas modeladas por facetas triangulares. O método utilizado consiste em resolver a integral de radiação considerando a contribuição individual de cada triângulo. O método baseia-se no modelo de Ludwig e no uso de coordenadas de área. Obteve-se diagramas de radiação para as superfícies parabólicas, hiperbólicas, esféricas e para o disco circular. Os resultados obtidos são comparáveis com os resultados conhecidos, mostrando que o modelo de triangulação é eficiente e ainda que pode-se obter o diagrama de radiação para superfícies arbitrárias. Também, os resultados indicam ser possível avaliar quantitativamente um conjunto de modelos para uma dada superfície original, com base nas propriedades extrínsecas à superfície facetada.

No ensino médio, o conceito de interações interpartículas é sistemático e classificatório em detrimento de um tratamento mais crítico acerca do sistema estudado. A correta compreensão deste conceito é importante para que o aluno possa explicar diversas propriedades físicas das substâncias (MENDES, 2007). Nesta perspectiva, a abordagem multimodal oferece suporte aos métodos de avaliação, elaboração de estratégias e pesquisas na área de ensino, pois o uso de diversas linguagens facilita a compreensão do objeto de estudo pelos seres humanos (MAYER, 2003). Neste trabalho são analisadas as potencialidades e as limitações dos modelos dos estudantes de ensino médio em interações interpartículas e suas interfaces com as propriedades físicas das substâncias em um minicurso oferecido na Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo (USP). Os modelos expressos pelos estudantes são fomentados pela metodologia de ensino e aprendizagem do minicurso, a qual é suportada pelo uso de diversos modos de comunicação nos moldes da abordagem multimodal (MAYER, 2003). Os modelos são analisados de acordo com a frequência de acionamento de variáveis explicativas utilizadas pelo estudante para explicar e/ou predizer determinado fenômeno no contexto de resolução de problemas, enquanto que as limitações explicativas do modelo são contabilizadas qualitativamente via análise de conteúdo. Os resultados apontam que o uso de múltiplos modos de comunicação e informação se mostrou eficiente no fomento da produção discursiva em uma sala de aula heterogênea e auxiliou os estudantes durante o processo de aprendizagem, pois os modelos expressados evoluíram ao longo do minicurso em termos de complexidade, com cada vez menos limitações. / In high school, the concept of interparticle interactions is systematic and classificatory as opposed to a more critical treatment on the studied system. The correct understanding of this concept is important for the student to explain the physical properties of substances (MENDES, 2007). In this perspective, the multimodal approach supports the methods of evaluation, strategizing and research in the area of education, since the use of different languages facilitates the understanding of the study object by humans (MAYER, 2003). This paper analyzes the potential and limitations of high school students\' models in interparticle interactions and their interfaces with the physical properties of substances in a short course offered at the Faculdade de Educação at Universidade de São Paulo (USP). The models expressed by students are fostered by the teaching and learning methodology of the course, which is supported by the use of different modes of communication in the molds of multimodal approach (MAYER, 2003). The models are analyzed according to the frequency of use of explanatory variables used by the student to explain or predict a given phenomenon in problem solving context, while the explanatory limitations of the model are counted qualitatively through content analysis. The results appoint that the use of multiple modes of communication and information are efficient in fostering the discursive production in a heterogeneous classroom and helped students during the learning process, because the expressed models evolved over the course in terms of complexity and with fewer limitations.

O aumento do poder computacional e conseqüente desenvolvimento das técnicas de simulação numérica, aliados ao avanço tecnológico dos periféricos de medição, fizeram com que muitas áreas de pesquisa, passassem a necessitar de ferramentas gráficas e de auxílio computacional para apoiar o processo de interpretação das informações geradas. A aplicação de técnicas gráficas para ampliar a capacidade de interpretação de dados científicos tem sido denominada visualização em computação científica (ViSC - Visualization in Scientific Computing). Modelos aerodinâmicos construídos no laboratório, foram simulados em software numérico de método dos painéis e submetidos a rotinas desenvolvidas em C++ as quais serviram de superfície para uma ferramenta do tipo biblioteca, de baixo custo, muito utilizada em universidades do mundo todo, chama VTK (Visualization Tool Kit), que possui elementos gráficos para a geração de visualizações de qualquer tipo de dados. Esses códigos em C++ são responsáveis pelos tipos de visualização gerados e principalmente por permitir o uso da ferramenta. As visualizações de distribuição de pressão e isolinhas nas superfícies dos modelos são de suma importância na identificação de problemas aerodinâmicos possibilitando correções e modificações antes mesmo de o modelo ser construído. / The increase of computational power and the technical development of numerical are responsible for the creation of many new areas that use graphics tools and computational aid for the interpretation of the information generated. The application of graphics techniques to increase the capability of scientific interpretation is called ViSC or Visualization in Scientific Computation. Laboratory built freeflight and wind tunnel models were calculated using numerical software and submitted to routines developed in C++ language which produced various types of visualization while using VTK. Visualization of pressure distributions and streamlines on the model surfaces are important for identification of aerodynamic problems and making corrections and modifications possible before the construction of the physical model.

Este estudo é uma pesquisa qualitativa, que busca indícios sobre a possibilidade de a inserção do recurso multimídia favorecer (ou não) a elaboração de conceitos sobre ligações intermoleculares para alunos do ensino médio. Foi aplicado em um grupo de 22 alunos do segundo ano, do ensino médio, de uma escola particular da zona sul da cidade de São Paulo. A metodologia foi organizada em dois momentos, contemplando a metodologia de ensino, onde se detalha o material usado e a sequência didática empregada, e a metodologia de pesquisa, onde se detalha os instrumentos de pesquisa utilizados. Como a nossa questão principal envolvia a elaboração conceitual de representações pictográficas e textuais sobre alguns sistemas, fez-se uso de dois questionários, sendo um aplicado antes e outro após o uso do recurso multimídia, de forma a possibilitar ao aluno a chance de reelaborar seus registros viabilizando obtermos informações mais consistentes acerca da possível melhora na elaboração conceitual. Com os questionários respondidos e analisados, percebemos que seria relevante realizarmos entrevistas, ao menos com alguns alunos, visando realizar a triangulação dos dados. De acordo com os resultados houve melhora nas representações macroscópicas e, principalmente, nas representações submicroscópicas, denotando que houve melhora na elaboração conceitual, pois quando há mudança no registro pictográfico, possivelmente o aluno reorganizou seu modelo mental aprimorando-o e isto foi externalizado na sua representação. / This study is a qualitative research, that attempts to find appointments about the possibility of the insertion of multimedia resource to favor (or not) the conceptual elaboration of intermolecular forces by pupils of secondary school. It was applied in a group of 22 pupils of second year of secondary school in a private school of the south zone of São Paulo city. Development was organized in two moments, including methodology of teaching, in which material and the didactic sequence employed were detailed, and the research methodology, in which instruments of research were described. As our main question involved the conceptual elaboration of pictographic and literal representations of some systems, two questionnaires were applied, one before and the other after the use of the multimedia resource to support pupils in reorganizing registers in such a way, that it would be possible to get more consistent information concerning the possible improvement of the conceptual elaboration. Based on the data answered and analyzed from the questionnaires, we have realize that it would be relevant to carry on interviews, at least with some pupils, in order to make the triangulation of results. According to results the macrocospic representations were improved and, mainly, the submicroscopics representations, showing the improvement of conceptual elaboration. Therefore, when it these is change in the pictographic register, the pupil has possibly reorganized his/her mental model, improving it as externalized in its representation.

Este trabalho apresenta uma ferramenta computacional para a visualização de volumes anatômicos em procedimentos de morfometria de estruturas cerebrais, visando o auxílio computadorizado ao diagnóstico e avaliação clínica da epilepsia do lobo temporal. As estruturas de interesse são segmentadas manualmente corte a corte produzindo volumes que são segmentados de forma que os cortes estejam paralelos em x e y sendo isotrópicos em z. A visualização volumétrica é realizada utilizando o algoritmo Marching Cubes capaz de gerar polígonos para aproximar as superfícies do modelo gerando um volume 3D de alta resolução. O algoritmo oferece uma interface ao usuário para que ele interaja com os volumes reconstruídos a fim de detectar assimetrias laterais ou variações significativas em relação a padrões populacionais pré-estabelecidos ou em relação a volumes de exames anteriores.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Este trabalho tem como objetivo a visualização experimental do escoamento em turbinas de eixo horizontal do tipo hidrocinética para um modelo em escala de diâmetro de 230 mm. Modelo este em que se variou o quantitativo de pás, com ensaios para rotores de duas pás, três pás e quatro pás; ainda, foram verificadas as estruturas de escoamento, variando a velocidade do rotor da turbina. Os experimentos foram realizados no túnel de vento com seção de teste em medidas de 2x1x1 m, cuja velocidade de escoamento era de 5 m/s e número de Reynolds Re= 7,9 x 104. Na metodologia, foram empregados dois mecanismos de visualização por fumaça (1. fio de fumaça; 2. Injeção direta por gerador de fumaça). Foram analisadas as propriedades qualitativas referentes ao escoamento na região percebida pela turbina, a partir da utilização de um sistema de controle do túnel de vento e do sistema de aquisição de imagens para posterior observação. Com os resultados obtidos, foram percebidas na esteira próxima, estruturas coerentes e passíveis de caracterização de vórtices de ponta de pá, estes muito bem definidos nos resultados obtidos por imagens a partir do arranjo experimental robusto. / The objective of this work is the experimental visualization of flow in turbines of horizontal axis from the hydrokinetic type for a model with a diameter scale of 230 mm. This model, which was varied the quantitative of blades, perfomed tests for rotors of two, three and four blades, and also verified the flow structures varying the rotor speed of the turbine.The experiments were carried out in the wind tunnel with a test section measuring 2x1x1 m, with flow velocity of 5 m/s and Reynolds's number Re= 7,9 x 104; in the methodology two methods of visualization by smoke (smoke wire and direct injection by smoke generator) were used. The qualitative properties related to the flow in the region perceived by the turbine were analyzed using a wind tunnel control system and an image acquisition system for further observation.With the results obtained, a coherent structure was observed, capable of characterizing vortices of blade tip, these very well defined in the results obtained by images from the robust experimental arrangement.