Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000385168-Texto+Completo-0.pdf: 1479304 bytes, checksum: c2d3092f95cb481ba685072abcb9e193 (MD5) Previous issue date: 2006 / Oceanography is the study of the physical and biological features of the oceans and seas. Several climatic and meteorological aspects are affected by the ocean behavior. Besides, great mineral deposits, such as petroleum and gas, exist deep in the ocean. The simulation of oceanic data consists in forecasting oceanic behavior through the processing of numeric models. With the advance of computational power, great volumes of data are generated, obtaining as a result a better information accuracy. Thus, tools for the visualization of these data become essential to aid the oceanographers in the information analysis and interpretation. The main goal of this work is to present the design and development of a tool for 3D visualization of simulated oceanic data. The data were obtained through the Princeton Ocean Model (POM). Scalar and vector visualization, selection of region of interest using curvilinear cuts, and animation of the volume were developed to observe the physics aspects of the ocean and the parameters variation along the time, through 3D visualization. In this work, initially a study of techniques and visualization algorithms of oceanic data were done. Several features present in the visualization tools were also approached, which served as base for the specification of the necessary functionalities of the system. / A Oceanografia é o estudo das características físicas e biológicas dos oceanos e dos mares. Diversos aspectos climáticos e meteorológicos são afetados pelo comportamento do oceano. Além disso, no fundo oceânico existem grandes depósitos de minerais, como petróleo e gás. A simulação oceânica consiste em realizar previsões do seu comportamento, através do processamento de modelos numéricos. Com o avanço do poder computacional, grandes volumes de dados são gerados, obtendo com isso uma maior exatidão das informações. Assim, ferramentas para a visualização destes dados tornam-se imprescindíveis para auxiliar os oceanógrafos na análise e interpretação das informações. O presente trabalho tem como objetivo apresentar o projeto e desenvolvimento de uma ferramenta para visualização 3D de dados oceânicos simulados. Os dados foram obtidos através do modelo Princeton Ocean Model (POM). Para observar as características físicas do oceano, foram desenvolvidas técnicas para a visualização de dados escalares e vetoriais, seleção de regiões de interesse utilizando cortes curvilíneos e animação do volume para observar a variação dos parâmetros ao longo do tempo, através da visualização tridimensional do oceano. Para este trabalho, inicialmente foi realizado um estudo das técnicas e algoritmos de visualização de dados oceânicos. Também foram abordadas diversas características presentes em sistemas de visualização, que serviram como base para especificação das funcionalidades desenvolvidas na ferramenta.

Este trabalho apresenta o Super Spider: um sistema de exploração visual baseado no Spider Cursor, que abrange várias técnicas interativas da área de Visualização Computacional e conta com novos recursos de auxílio à investigação visual, além de ser uma ferramenta portável e flexível. / This work presents the Super Spider: a visual exploration system, based on Spider Cursor, that embraces many interactive techniques of Computer Visualization area and take into account innovative techniques to aid visual investigation, besides consisting of a portable and flexible tool.

Este trabalho apresenta o Animbs (Animation for MBS), um sistema capaz de visualizar dados gerados por um sistema de simulação de engenharia (SD/FAST) na forma de animações por computador. SD/FAST é um sistema utilizado para o modelamento e a simulação de sistemas mecânicos multicorpos (MBS). O sistema Animbs permite a associação de uma geometria ao MBS sendo simulado e utiliza os dados produzidos pela simulação do SD/FAST para criar uma animação do comportamento do sistema mecânico e, dessa forma, melhorar a análise de dados feita pelos usuários do SD/FAST. / This work presents Animbs (Animation for MBS), a software that enables the visualization of data generated by an engineering simulation system (SD/FAST) in the form of computer animation. SD/FAST is a system for modeling and simulation of multibody systems (MBS). The Animbs system allows the association of a geometry to the MBS being simulated, and uses the data produced by the SD/FAST simulation to create an animated view of the MBS behavior, thus providing support for enhanced data analysis by users of SD/FAST.

Simulações por computador permitem reduzir custo e, muitas vezes, realizar experimentos que na vida real seriam impraticáveis, ou por questões ambientais (explosões nucleares), ou por fatores que estão fora do controle do ser humano (colisões entre estrelas). Entretanto, e muito difícil manipular e analisar as centenas de gigabytes, ou mesmo terabytes, que tais simulações produzem como resultado. Os trabalhos que lidam com tais conjuntos de dados, tipicamente, empregam tanto técnicas de visualização científica como técnicas de visualização da informação, em geral refletindo o comportamento dos dados em um único instante de tempo. Entretanto, a análise da evolução temporal e a disponibilização de representações visuais integradas ainda é um grande desafio. Esse trabalho introduz diversas estratégias buscando tratar estes problemas, as quais tem em comum a utilização de projeções multidimensionais para apoiar a análise exploratória dos de dados, tanto em um instante de tempo específico, como ao longo da evolução temporal. O objetivo é favorecer a localização de grupos de elementos com comportamento similar e acompanhar sua evolução ao longo da simulação. Uma das estratégias introduzidas resume o comportamento temporal dos dados multidimensionais em uma única visualização, o que permite rastrear as entidades com comportamento similar e analisá-las ao longo da simulação / Computer simulations of physical phenomena allow reducing costs and studying behavior that would be unfeasible to observe in real life situations, either due to environmental limitations, e.g., a nuclear explosion, or due to factors that are beyond human control (e.g., collisions between stars). Millions of primitives (voxels, vertices or particle) may be required to accurately capture system behavior, thus generating very large data sets that are typically time-varying and multidimensional, as multiple simulation variables describe each primitive. Therefore, analyzing the hundreds of gigabytes or even terabytes resulting from these simulations remains a challenge. Current solutions that handle this type of data usually rely on Scientific or Information Visualization techniques, but typically revealing data behavior at a particular time instant. It remains a major challenge to provide visualizations capable of assisting analysts trying to inspect and understand behavior along the temporal domain. This work is an attempt in this direction, introducing several strategies to handle these problems. They have in common the use of multidimensional projection techniques to support exploratory analysis of simulation data, both at specic time instants and along the simulation as a whole. The goal is to favor the perception of groups of elements showing similar behavior and track their temporal evolution. One of the strategies introduced summarizes, in a single visual representation, the temporal behavior of the multidimensional data space, thus allowing analysts to identify and analyze the entities with similar behavior along the simulation

A importância da exploração marítima de petróleo, em especial para o Brasil, é indiscutível e risers são estruturas essenciais para essa atividade. Uma melhor compreensão da dinâmica dessas estruturas e dos esforços a que estão submetidas vem resultando de pesquisa constante na área, pesquisa que gera um grande volume de dados, freqüentemente descrevendo fenômenos de difícil compreensão. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente que combina técnicas de realidade virtual (como ambientes 3D, navegação e estereoscopia) e visualização científica (como mapeamento de cores, deformações e glifos) para facilitar a visualização desses dados. O ambiente, batizado como RiserView, permite a montagem de cenas tridimensionais compostas por risers, relevo do solo, superfície marítima, embarcações, bóias e outras estruturas, cada um com sua dinâmica própria. Permite ainda a visualização do escoamento para que a formação de vórtices na vizinhança dos risers e a interação fluido-mecânica resultante possam ser estudadas. O usuário pode controlar parâmetros da visualização de cada elemento e da animação da cena, bem como navegar livremente por ela. Foi desenvolvido também um algoritmo de baixo custo computacional (graças a simplificações possíveis devido à natureza do problema) para detecção e exibição em tempo real de colisões entre risers. O Processo Unificado foi adaptado para servir como metodologia para o projeto e implementação do aplicativo. O uso do VTK (API gráfica e de visualização científica) e do IUP (API para desenvolvimento de interfaces com o usuário) simplificou o desenvolvimento, principalmente para produzir um aplicativo portável para MS-Windows e Linux. Como opções de projeto, a visualização científica e a velocidade na renderização das cenas são privilegiadas, ao invés do realismo e da agilidade na interação com o usuário. As conseqüências dessas escolhas, bem como alternativas, são discutidas no trabalho. O uso do VTK e, através dele, do OpenGL permite que o aplicativo faça uso dos recursos disponíveis em placas gráficas comerciais para aumentar sua performance. Em sua versão atual a tarefa mais custosa para o RiserView é a atualização das posições de risers, principalmente descritos no domínio da freqüência, mas o trabalho discute aprimoramentos relativamente simples para minimizar esse problema. Apesar desses (e de outros) aprimoramentos possíveis, discutidos no trabalho, o ambiente mostra-se bastante adequado à visualização dos risers e de sua dinâmica bem como de fenômenos e elementos a eles associados. / The importance of offshore oil exploration, especially to Brazil, cannot be argued and risers are crucial structures for this activity. A better understanding of the dynamics of these structures and of the efforts to which they are subject has been resulting from constant research in the field, research that generates a large volume of data, often describing phenomena of difficult comprehension. This work describes the development of a software environment that combines elements of virtual reality (3D environments, navigation, stereoscopy) and scientific visualization techniques (such as color mapping, deformations and glyphs) to improve the understanding and visualization of these data. The environment, christened RiserView, allows the composition of tridimensional scenes including risers, the floor and surface of the ocean and ships, buoys and other structures, each with its own dynamics. It also allows the visualization of the flow in the neighborhood of the risers so that vortex shedding and the resulting fluid-mechanic interactions may be studied. The user may control parameters of the scene animation and of the visualization for each of its elements, as well as navigate freely within the scene. An algorithm of low computational cost (thanks to simplifications possible due to the nature of the problem), for the detection and exhibition of collisions between risers in real time, was also developed. The Unified Process was adapted to guide the software's project and implementation. The use of VTK (a scientific visualization and graphics API) and IUP (a user interface development API) simplified the development, especially the effort required to build an application portable to MS-Windows and Linux. As project choices, scientific visualization and the speed in rendering scenes in real time were given higher priority than realism and the agility in the user interaction, respectively. The consequences of these choices, as well as some alternatives, are discussed. The use of VTK and, through it, OpenGL, allows the application to access features available in most commercial graphics cards to increase performance. In its current version, the most costly task for RiserView are the calculations required to update riser positions during animation, especially for risers described in the frequency domain, but the work discusses relatively simple improvements to minimize this problem. Despite these (and other) possible improvements discussed in the work, the application proves quite adequate to the visualization of risers and their dynamics, as well as of associate elements and phenomena.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Apresentacao.pdf: 115092 bytes, checksum: 8c6ec19160c941d82efcb1e4536bf57c (MD5) Previous issue date: 2006-08-04 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / The past two decades showed a rapid growing of physically-based modeling of fluids for computer graphics applications. Techniques in the field of Computational Fluid Dynamics (CFD) have been applied for realistic fluid animation for virtual surgery simulators, computer games and visual effects. In this approach, since the equation is solved numerically the next step is the rendering. A majority of fluid animation methods in computer graphics rely on a top down viewpoint that uses 2D/3D mesh based approaches motivated by the Eulerian methods of Finite Element (FE) and Finite Difference (FD), in conjunction with Navier-Stokes equations of fluids. Recently mesh-free methods like Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) have been applied. On the other hand, cellular automata (CA) are discrete models based on point particles that move on a lattice, according to suitable and simple rules in order to mimic a fully molecular dynamics. Such bottom-up framework needs low computational resources for both the memory allocation and the computation itself. In this work, we study the theoretical and practice aspects for computational animation of fluids in computer graphics, using cellular automata and SPH. We propose two models for animation of two-phase systems (e.g. gas-liquid), one based on SPH and CA and another only on CA. Finally, we describe a software developed in the context of this thesis for animation of fluids by CA. / Nas últimas décadas, observou-se um interesse crescente por aplicações de técnicas de dinâmica de fluidos na geração de efeitos visuais para a indústria cinematográfica e de jogos eletrônicos. Estas aplicações fazem parte da chamada Animação Computacional de Fluidos; a qual é uma área multidisciplinar, envolvendo também conceitos e métodos em computação gráfica e visualização científica. Nesta área, uma vez resolvidas numericamente as equações de fluidos, passa-se à fase de rendering, onde técnicas de visualização são aplicadas sobre os campos gerados, com o objetivo de criar efeitos visuais, tais como transparência, imagens refletidas na superfície de um líquido, ou mesmo, efeitos especiais que incluem deformação de paisagens, incêndios, etc. O métodos de Diferenças Finitas é o mais tradicional em trabalhos de animação de fluidos em computação gráfica. Nos últimos anos, porém, métodos baseados em sistemas de partículas, e livres de malhas, tais como o Smoothed Particle Hydrodinamics (SPH), foram utilizados na tentativa de resolver limitações inerentes aos métodos baseados em malhas. Por outro lado, métodos baseados em uma classe de autômatos celulares (AC), cuja evolução imita um sistema de partículas, vêm sendo também estudados como uma alternativa ao uso de equações diferenciais parciais e métodos numéricos para simulação de fluidos. Nesta tese, são estudados os aspectos teóricos e práticos da animação computacional de fluidos para computação gráfica, utilizando autômatos celulares e SPH. São propostos dois modelos para animação de sistemas bifásicos (gás-líquido, por exemplo), um deles baseado em SPH e AC, e um segundo totalmente baseado em AC. Finalmente, descrevemos um aplicativo, desenvolvido no âmbito desta tese, para animação de fluidos via AC.

A importância da exploração marítima de petróleo, em especial para o Brasil, é indiscutível e risers são estruturas essenciais para essa atividade. Uma melhor compreensão da dinâmica dessas estruturas e dos esforços a que estão submetidas vem resultando de pesquisa constante na área, pesquisa que gera um grande volume de dados, freqüentemente descrevendo fenômenos de difícil compreensão. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente que combina técnicas de realidade virtual (como ambientes 3D, navegação e estereoscopia) e visualização científica (como mapeamento de cores, deformações e glifos) para facilitar a visualização desses dados. O ambiente, batizado como RiserView, permite a montagem de cenas tridimensionais compostas por risers, relevo do solo, superfície marítima, embarcações, bóias e outras estruturas, cada um com sua dinâmica própria. Permite ainda a visualização do escoamento para que a formação de vórtices na vizinhança dos risers e a interação fluido-mecânica resultante possam ser estudadas. O usuário pode controlar parâmetros da visualização de cada elemento e da animação da cena, bem como navegar livremente por ela. Foi desenvolvido também um algoritmo de baixo custo computacional (graças a simplificações possíveis devido à natureza do problema) para detecção e exibição em tempo real de colisões entre risers. O Processo Unificado foi adaptado para servir como metodologia para o projeto e implementação do aplicativo. O uso do VTK (API gráfica e de visualização científica) e do IUP (API para desenvolvimento de interfaces com o usuário) simplificou o desenvolvimento, principalmente para produzir um aplicativo portável para MS-Windows e Linux. Como opções de projeto, a visualização científica e a velocidade na renderização das cenas são privilegiadas, ao invés do realismo e da agilidade na interação com o usuário. As conseqüências dessas escolhas, bem como alternativas, são discutidas no trabalho. O uso do VTK e, através dele, do OpenGL permite que o aplicativo faça uso dos recursos disponíveis em placas gráficas comerciais para aumentar sua performance. Em sua versão atual a tarefa mais custosa para o RiserView é a atualização das posições de risers, principalmente descritos no domínio da freqüência, mas o trabalho discute aprimoramentos relativamente simples para minimizar esse problema. Apesar desses (e de outros) aprimoramentos possíveis, discutidos no trabalho, o ambiente mostra-se bastante adequado à visualização dos risers e de sua dinâmica bem como de fenômenos e elementos a eles associados. / The importance of offshore oil exploration, especially to Brazil, cannot be argued and risers are crucial structures for this activity. A better understanding of the dynamics of these structures and of the efforts to which they are subject has been resulting from constant research in the field, research that generates a large volume of data, often describing phenomena of difficult comprehension. This work describes the development of a software environment that combines elements of virtual reality (3D environments, navigation, stereoscopy) and scientific visualization techniques (such as color mapping, deformations and glyphs) to improve the understanding and visualization of these data. The environment, christened RiserView, allows the composition of tridimensional scenes including risers, the floor and surface of the ocean and ships, buoys and other structures, each with its own dynamics. It also allows the visualization of the flow in the neighborhood of the risers so that vortex shedding and the resulting fluid-mechanic interactions may be studied. The user may control parameters of the scene animation and of the visualization for each of its elements, as well as navigate freely within the scene. An algorithm of low computational cost (thanks to simplifications possible due to the nature of the problem), for the detection and exhibition of collisions between risers in real time, was also developed. The Unified Process was adapted to guide the software's project and implementation. The use of VTK (a scientific visualization and graphics API) and IUP (a user interface development API) simplified the development, especially the effort required to build an application portable to MS-Windows and Linux. As project choices, scientific visualization and the speed in rendering scenes in real time were given higher priority than realism and the agility in the user interaction, respectively. The consequences of these choices, as well as some alternatives, are discussed. The use of VTK and, through it, OpenGL, allows the application to access features available in most commercial graphics cards to increase performance. In its current version, the most costly task for RiserView are the calculations required to update riser positions during animation, especially for risers described in the frequency domain, but the work discusses relatively simple improvements to minimize this problem. Despite these (and other) possible improvements discussed in the work, the application proves quite adequate to the visualization of risers and their dynamics, as well as of associate elements and phenomena.

Simulações por computador permitem reduzir custo e, muitas vezes, realizar experimentos que na vida real seriam impraticáveis, ou por questões ambientais (explosões nucleares), ou por fatores que estão fora do controle do ser humano (colisões entre estrelas). Entretanto, e muito difícil manipular e analisar as centenas de gigabytes, ou mesmo terabytes, que tais simulações produzem como resultado. Os trabalhos que lidam com tais conjuntos de dados, tipicamente, empregam tanto técnicas de visualização científica como técnicas de visualização da informação, em geral refletindo o comportamento dos dados em um único instante de tempo. Entretanto, a análise da evolução temporal e a disponibilização de representações visuais integradas ainda é um grande desafio. Esse trabalho introduz diversas estratégias buscando tratar estes problemas, as quais tem em comum a utilização de projeções multidimensionais para apoiar a análise exploratória dos de dados, tanto em um instante de tempo específico, como ao longo da evolução temporal. O objetivo é favorecer a localização de grupos de elementos com comportamento similar e acompanhar sua evolução ao longo da simulação. Uma das estratégias introduzidas resume o comportamento temporal dos dados multidimensionais em uma única visualização, o que permite rastrear as entidades com comportamento similar e analisá-las ao longo da simulação / Computer simulations of physical phenomena allow reducing costs and studying behavior that would be unfeasible to observe in real life situations, either due to environmental limitations, e.g., a nuclear explosion, or due to factors that are beyond human control (e.g., collisions between stars). Millions of primitives (voxels, vertices or particle) may be required to accurately capture system behavior, thus generating very large data sets that are typically time-varying and multidimensional, as multiple simulation variables describe each primitive. Therefore, analyzing the hundreds of gigabytes or even terabytes resulting from these simulations remains a challenge. Current solutions that handle this type of data usually rely on Scientific or Information Visualization techniques, but typically revealing data behavior at a particular time instant. It remains a major challenge to provide visualizations capable of assisting analysts trying to inspect and understand behavior along the temporal domain. This work is an attempt in this direction, introducing several strategies to handle these problems. They have in common the use of multidimensional projection techniques to support exploratory analysis of simulation data, both at specic time instants and along the simulation as a whole. The goal is to favor the perception of groups of elements showing similar behavior and track their temporal evolution. One of the strategies introduced summarizes, in a single visual representation, the temporal behavior of the multidimensional data space, thus allowing analysts to identify and analyze the entities with similar behavior along the simulation

Submitted by Luis Gustavo Neves da Silva (luisgustavoneves@gmail.com) on 2015-08-01T11:17:35Z No. of bitstreams: 1 mestrado_novo2.pdf: 3231039 bytes, checksum: a42495ae48caed17a877f0a28a291461 (MD5) / Approved for entry into archive by ÁUREA CORRÊA DA FONSECA CORRÊA DA FONSECA (aurea.fonseca@fgv.br) on 2015-08-06T15:27:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mestrado_novo2.pdf: 3231039 bytes, checksum: a42495ae48caed17a877f0a28a291461 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Almeida (maria.socorro@fgv.br) on 2015-08-06T16:53:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mestrado_novo2.pdf: 3231039 bytes, checksum: a42495ae48caed17a877f0a28a291461 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-06T16:53:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mestrado_novo2.pdf: 3231039 bytes, checksum: a42495ae48caed17a877f0a28a291461 (MD5) Previous issue date: 2014-12-08 / Este trabalho é um estudo sobre a aplicação de técnicas de visualização de informação em sistemas de software científico, i.e., sistemas de software voltados para matemática, ciências e engenharias. Enquanto sistemas dessa natureza normalmente fazem uso da visualização científica e figuram como caso de sucesso nessa área, nem sempre são projetados considerando os princípios de visualização de informação. Esse trabalho tem por objetivo avaliar a aplicação desse conceitos em alguns sistemas reais, desenvolvidos com diferentes níveis de entendimento nessa área de conhecimento e com base nessas experiências propor o desenvolvimento de componentes de software capazes de facilitar a criação de sistemas semelhantes e ao mesmo tempo promover a aplicação destes conceitos. / This work is a study on the application of techniques of information visualization in scientific software, ie, software systems focused on math, science and engineering systems. While such systems typically make use of scientific visualization and are listed as a success story in this area they are not always designed considering the principles of information visualization. This study aims to evaluate the application of concepts in some real systems, developed with different levels of understanding in this area of knowledge and based on these experiences suggest the development of software components that can facilitate the creation of similar systems while promoting the application of these concepts.