Visualizações de grafos para comunicação aparecem numa variedade de contextos que vão do acadêmico-científico até o jornalístico e até mesmo artístico. Diferente de visualizações de grafos para exploração e análise de dados, essas imagens são usadas para “contar uma história” que já se conhece ao invés da “procura de uma nova história” nos dados. Apesar de ser possível usar software para desenho de grafos e edição de diagramas para produzí-las, visualizações feitas dessa forma nem sempre preenchem os requisitos visuais impostos pelos seus contextos de uso. Programas de edição de imagens podem ser usados para fazer as melhorias necessárias, mas nem todas as modificações são possíveis e o processo de editar essas imagens pode exigir muito tempo e esforço. Neste trabalho, apresentamos uma investigação de visualizações nodo-aresta estáticas para comunicação e de como facilitar sua criação. A partir de uma desconstrução dessas imagens, identificando seus elementos essenciais, e analisando como são criadas, derivamos um conjunto de requisitos que ferramentas para a criação dessas visualizações devem preencher. Para verificar o efeito da metodologia na melhora do fluxo de trabalho de designers, com mais poder e flexibilidade, foi concebido e implementado um protótipo chamado GraphCoiffure. Com um foco especial em auxiliar usuários na criação de visualizações para publicação, Graph- Coiffure foi projetado como uma aplicação standalone que seria usada como um passo intermediário entre programas de desenho e edição de grafos e editores gráficos. Ele combina ferramentas para manipulação interativa de layouts com estilização similar a CSS para permitir que usuários criem e editem visualizações nodo-aresta estáticas. Ilustramos o funcionamento de GraphCoiffure com quatro casos de uso: a adaptação do layout de uma visualização para fazê-la funcionar em uma dada página, a reprodução do estilo de uma visualização e sua aplicação em outro grafo, e a criação integral de duas novas visualizações. Para obter feedback sobre GraphCoiffure, conduzimos uma avaliação informal através de entrevistas com três potenciais usuários, que disseram achar que GraphCoiffure beneficiaria seu trabalho. / Graph visualizations for communication appear in a variety of contexts that range from scientific/ academic to journalistic and even artistic. Unlike graph visualizations for exploration and analysis, these images are used to tell a story that is already known rather than to look for a story within the data. Although graph drawing and diagram editing software can be used to produce them, visualizations made this way do not always meet the visual requirements imposed by their context of use. Graphics authoring software can be used to make the necessary improvements, but not all modifications are possible and the process of editing these images may be very time-consuming and labor-intensive. In this work, we present an investigation of static node-link visualizations for communication and how to better support their creation. We began with a deconstruction of these images, breaking them down into their basic elements and analyzing how they are created. From this, we derived a set of requirements that tools aimed at supporting their creation should meet. To verify if taking all of this into account would improve the workflow and bring more flexibility and power to the users, we created our own prototype, which we named GraphCoiffure. With a special emphasis on helping users on creating visualizations for publication, GraphCoiffure was designed as a standalone application that would serve as an intermediary step between graph drawing and editing software and graphics editors. It combines interactive graph layout manipulation tools with CSS-like styling possibilities to let users create and edit static node-link visualizations for communication. We illustrate the use of GraphCoiffure with four use-case scenarios: the adaptation of a visualization’s layout to make it work on a given page, the reproduction of a visualization’s style and its application on another graph, and the creation of two visualizations from scratch. To obtain feedback on GraphCoiffure, we conducted an informal evaluation by interviewing three potential expert users, who found that it could be useful for their work.

A presente tese trata da representação e da visualização volumétrica de dados espaciais, através das quais novas possibilidades para visualizar tridimensionalmente as propriedades dos solos são apresentadas. O uso de volumes nos processos avaliativos dos solos permite ver e explorar a estrutura complexa do fenômeno como um corpo contínuo no espaço, incorporando dessa forma a terceira dimensão na cartografia de solos. A metodologia de trabalho adotada compreende a aquisição, organização e codificação dos dados, como também a interpolação, formação e visualização de volumes, através da utilização de um Sistema de Informações Geográficas Tridimensional em conjunto com um programa para visualização de volumes. Os dados de solos são de natureza qualitativa e quantitativa e foram interpolados para sua representação contínua no espaço tridimensional. Os resultados obtidos para as representações volumétricas das propriedades físicas, químicas e morfológicas são uma nova forma de visualizar os solos e se constituem em uma fonte de novos conhecimentos para o estudo deste fenômeno. / This dissertation is on volume representation and visualization of spatial data. It aims at showing new possibilities to visualize soil’s properties on 3D. The use of volumes in soil’s evaluation processes allows one to visualize and to explore the phenomenon as a continuous body in the space bringing third dimension to soil cartography. The methodology of this research entails the acquisition, organization and coding of data, as well as volume interpolation, formation and visualization by means of 3D-GIS environment. Soil’s data are either qualitative or quantitative and they were interpolated in order to be continuously represented in 3D space. The outcome of volume representations of physical, chemical and morphological properties is a new way to visualize the soil and a new source of knowledge to the study of this phenomenon.

Visualizações de grafos para comunicação aparecem numa variedade de contextos que vão do acadêmico-científico até o jornalístico e até mesmo artístico. Diferente de visualizações de grafos para exploração e análise de dados, essas imagens são usadas para “contar uma história” que já se conhece ao invés da “procura de uma nova história” nos dados. Apesar de ser possível usar software para desenho de grafos e edição de diagramas para produzí-las, visualizações feitas dessa forma nem sempre preenchem os requisitos visuais impostos pelos seus contextos de uso. Programas de edição de imagens podem ser usados para fazer as melhorias necessárias, mas nem todas as modificações são possíveis e o processo de editar essas imagens pode exigir muito tempo e esforço. Neste trabalho, apresentamos uma investigação de visualizações nodo-aresta estáticas para comunicação e de como facilitar sua criação. A partir de uma desconstrução dessas imagens, identificando seus elementos essenciais, e analisando como são criadas, derivamos um conjunto de requisitos que ferramentas para a criação dessas visualizações devem preencher. Para verificar o efeito da metodologia na melhora do fluxo de trabalho de designers, com mais poder e flexibilidade, foi concebido e implementado um protótipo chamado GraphCoiffure. Com um foco especial em auxiliar usuários na criação de visualizações para publicação, Graph- Coiffure foi projetado como uma aplicação standalone que seria usada como um passo intermediário entre programas de desenho e edição de grafos e editores gráficos. Ele combina ferramentas para manipulação interativa de layouts com estilização similar a CSS para permitir que usuários criem e editem visualizações nodo-aresta estáticas. Ilustramos o funcionamento de GraphCoiffure com quatro casos de uso: a adaptação do layout de uma visualização para fazê-la funcionar em uma dada página, a reprodução do estilo de uma visualização e sua aplicação em outro grafo, e a criação integral de duas novas visualizações. Para obter feedback sobre GraphCoiffure, conduzimos uma avaliação informal através de entrevistas com três potenciais usuários, que disseram achar que GraphCoiffure beneficiaria seu trabalho. / Graph visualizations for communication appear in a variety of contexts that range from scientific/ academic to journalistic and even artistic. Unlike graph visualizations for exploration and analysis, these images are used to tell a story that is already known rather than to look for a story within the data. Although graph drawing and diagram editing software can be used to produce them, visualizations made this way do not always meet the visual requirements imposed by their context of use. Graphics authoring software can be used to make the necessary improvements, but not all modifications are possible and the process of editing these images may be very time-consuming and labor-intensive. In this work, we present an investigation of static node-link visualizations for communication and how to better support their creation. We began with a deconstruction of these images, breaking them down into their basic elements and analyzing how they are created. From this, we derived a set of requirements that tools aimed at supporting their creation should meet. To verify if taking all of this into account would improve the workflow and bring more flexibility and power to the users, we created our own prototype, which we named GraphCoiffure. With a special emphasis on helping users on creating visualizations for publication, GraphCoiffure was designed as a standalone application that would serve as an intermediary step between graph drawing and editing software and graphics editors. It combines interactive graph layout manipulation tools with CSS-like styling possibilities to let users create and edit static node-link visualizations for communication. We illustrate the use of GraphCoiffure with four use-case scenarios: the adaptation of a visualization’s layout to make it work on a given page, the reproduction of a visualization’s style and its application on another graph, and the creation of two visualizations from scratch. To obtain feedback on GraphCoiffure, we conducted an informal evaluation by interviewing three potential expert users, who found that it could be useful for their work.

[pt] A visualização volumétrica direta (volume rendering) aplicada a dados sísmicos é uma técnica ainda emergente. Apenas recentemente alguns software comerciais tornaram-se disponíveis para a indústria de petróleo. Comparado ao método tradicional de interpretação sobre seções bidimensionais, essa técnica representa uma alternativa interessante que possibilita investigar o volume de dados na sua totalidade, dessa forma permitindo um melhor entendimento da geologia estrutural e da estratigrafia da subsuperfície. Este trabalho analisa diversos aspectos da natureza dos dados sísmicos e da forma como eles afetam os resultados obtidos pelas técnicas de visualização volumétrica direta tradicionalmente empregadas. Três aspectos são discutidos em maior detalhe: quantização das amplitudes medidas para representação digital de 8-bit, segmentação do volume e modelos de iluminação. O impacto da quantização é analisado experimentalmente utilizando diferentes algoritmos de quantização de cor adaptados para tratar com amplitudes. A quantização uniforme é selecionada pela sua simplicidade e eficiência. A segmentação dos eventos sísmicos é analisada teoricamente e verificada experimentalmente. São discutidas diversas características dos dados sísmicos que restringem o sucesso da segmentação. A validade da aplicação aos dados sísmicos de modelos de iluminação local comumente empregados em visualização volumétrica é analisada teoricamente. A estimativa dos vetores normais diretamente a partir dos valores de amplitude representa uma alternativa inadequada. Por fim, é identificada uma série de requisitos aos quais um sistema deve atender para que a visualização volumétrica de dados sísmicos seja bem sucedida. / [en] Volume rendering is an emerging technique in the field of seismic data visualization. Only recently commercial software has been made available to the oil industry. Volume rendering is particulary useful for understanding structural and stratigrafhic features present in seismic data in a more natural way than using the tradicional method of interpreting over a set of 2D slices. This work adresses several topics related to the nature of seismic data and to how they interrelate with techniques commonly used in volume redering.Special attention is given to three topics: quantization of acquired seismic amplitudes to 8-bit representations, segmentattion techiniques to highlight seismic events and use of illumination models.The quantatization effects are analyzed by appying different color quantization algorithms adapted to handle seiosmic amplitudes. Uniform quantization is selected due to its simplicity and efficiency. The segmentation of seismic events is studie theorecally and verified experimentally.Several characteristics of seismic data that prevent segmentation frombeing successful are discussed. The significance of shading obtained by applying common illumination models is studie theoretically. The estimation of normal vectors directly from amplitude values is shown to be inadequate. Finally, several basic requisites to be fulfilled by seismic data volume visualization algorithms are identified. / [es] La visualización volumétrica directa (volumen rendering) aplicada a datos sísmicos es una técnica de incipiente desarrollo. A sido recientemente que algunos software comerciales han disponibilizado ésta técnica para la indústria de petróleo. En comparación con el método tradicional de interpretación sobre secciones bidimensionales, esta técnica resulta una alternativa interesante para investigar el volumen de datos en su totalidad, permitiendo así una mejor comprensión de la geología extructural y de la estratigrafía de la subsuperfície. Este trabajo analiza diversos aspectos de la naturaleza de los datos sísmicos; y de la forma como ellos afectan los resultados obtenidos por las técnicas de visualización volumétrica directa, empleadas tradicionalmente. Se discuten tres aspectos importantes: cuantización de las amplitudes medidas para representación digital de 8-bit, segmentación del volumen y modelos de iluminación. Se analiza experimentalmente el impacto de la cuantización, utilizando diferentes algoritmos de cuantización de color adaptados para amplitudes. Se selecciona la cuantización uniforme por su simplicidad y eficiencia. La segmentación de los eventos sísmicos se analiza teóricamente y se verifica experimentalmente. Se discuten diversas características de los actos sísmicos que limitan el éxito de la segmentación. Se analiza teóricamente la validez de la aplicación de los modelos de iluminación local a los datos sísmicos, que comúnmente se emplean em la visualización volumétrica. La estimación de los vectores normales a partir de los valores de amplitud representa una alternativa inadecuada. Finalmente, se identifican una serie de requisitos que un sistema debe tener para una exitosa visualización volumétrica de datos sísmicos.

[pt] A visualização volumétrica é uma técnica amplamente utilizada para visualizar dados escalares tridimensionais. Para melhorar a percepção de profundidade e forma, diversas técnicas de iluminação foram propostas, adicionando diferentes tipos de efeitos. Neste trabalho, foi explorada uma nova estratégia para calcular oclusão de ambiente direcional e sombras para volume ray casting. Ela consiste em avaliar a oclusão de um traçado de cone atraves de integrais Gaussianas posicionadas de maneira discreta ao longo do eixo do cone. O valor resultado é utilizado para adicionar oclusão de ambiente direcional e sombras. A partir dos coeficientes de extinção dados pela função de transferência, um volume extra é gerado computando amplitudes representativas de distribuições Gaussianas. O Mipmapping também é utilizado para avaliar de maneira efetiva integrais Gaussianas em diferentes tamanhos posicionadas ao longo do eixo principal do cone, adaptando uma estratégia de circle packing in a circle. Nos resultados, é demonstrado que o método proposto obteve um melhor balanço entre performance e qualidade, comparado com trabalhos propostos anteriormente, com a vantagem de combinar oclusão de ambiente direcional e sombras utilizando o mesmo framework. Em seguida, exploramos três estratégias de visualização volumétrica para reservatórios de petróleo, representados por malhas irregulares contendo distorções geométricas e descontinuidades. Estes algoritmos foram implementados a partir de uma representação compacta que guarda o modelo em GPU. Testes comparativos de performance e qualidade foram feitos utilizando diferentes modelos de reservatório. Por fim, investigamos o ganho de percepção ao adicionar a nossa proposta de oclusão de ambiente direcional. Os algoritmos foram todos implementados utilizando programação de shaders para capacitar a geração de visualizações interativas. / [en] Volume rendering is a widely used technique to visualize 3D scalar data. To enhance visual shape and depth perception, distinct illumination techniques have been proposed, adding different types of lighting effects. In this thesis, we explore a new strategy to compute directional ambient occlusion and shadows for volume ray casting. Our algorithm computes occlusion of traced cones by evaluating Gaussian integrals at discrete samples along the cone axis. The computed occlusion is then used to add directional ambient occlusion effects and to generate shadows. Given the extinction coefficient data volume, we create one extra volume computing representative amplitudes of Gaussian functions. Mipmapping is then used to effectively evaluate Gaussian integrals with different sizes placed along the cone axis, adapting a circle packing approach. We demonstrate that the proposed method delivers a better balance between quality results and performance when compared to previous specialized procedures, with the advantage of combining directional ambient occlusion and shadow generation under the same framework. We also explore three volume rendering algorithms for black oil reservoir models, represented by irregular hexahedral meshes with geometry distortions and discontinuities. These algorithms were implemented under a compact representation that stores the model in the GPU. We compare performance and image quality delivered by each strategy by running a set of experiments with different models. We then investigate the gain in perception when applying our technique to compute directional ambient occlusion effects. The algorithms were entirely implemented on graphics card to produce interactive visualizations.

[pt] Neste trabalho apresentamos os aspectos da visualização volumétrica de horizontes em dados sísmicos 3D. Consideramos as abordagens de visualização volumétrica direta e indireta. Na abordagem direta investigamos o problema da seleção de horizontes usando funções de transferência. Apresentamos a técnica de opacidade 2D, que busca aumentar a capacidade de seleção dos horizontes para visualização. Comparamos a utilização dos atributos de fase instantânea, fase ajustada e fase desenrolada como segunda dimensão, enquanto a primeira é a amplitude sísmica. Ainda na abordagem direta, mostramos que o gradiente da amplitude sísmica não aproxima bem os vetores normais nos horizontes sísmicos. Sugerimos o gradiente da fase instantânea como solução para este problema. Na abordagem de visualização volumétrica indireta introduzimos uma modelagem de otimização para o problema de rastreamento de horizontes. Sugerimos um método heurístico baseado em uma estratégia gulosa para encontrar soluções que são boas aproximações para os horizontes mesmo na presença de estruturas geológicas complexas. / [en] This work presents aspects of volume visualization of seismic horizons in 3-D seismic data. We consider both the direct and indirect approaches of volume visualization. In the direct approach we investigate the problem of selecting horizons using transfer functions. We present the 2-D opacity technique, which seeks to increase the ability to select horizons for visualization. We compare the use of instantaneous phase, adjusted phase and unwrapped phase as the second dimension, while seismic amplitude is the first dimension. Also in the direct approach, we show that the seismic amplitude gradient is not a good approximation for the normal vectors in seismic horizons. We suggest the gradient of instantaneous phase as a solution to this problem. In the indirect volume visualization approach we introduce a new optimization model to overcome the seismic horizon tracking problem. We present a heuristic method based on a greedy strategy to find solutions that are good approximations of the horizon of interest, even for complex geological structures.