Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-04-07T12:13:24Z No. of bitstreams: 1 2013_DianaCarolinaMontillaPerafán.pdf: 2605750 bytes, checksum: 19313fd639d088bcd282f51f34f5233d (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-04-08T15:12:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_DianaCarolinaMontillaPerafán.pdf: 2605750 bytes, checksum: 19313fd639d088bcd282f51f34f5233d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-08T15:12:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_DianaCarolinaMontillaPerafán.pdf: 2605750 bytes, checksum: 19313fd639d088bcd282f51f34f5233d (MD5) / Uma das aplicações de sistemas de visão robótica em intensa pesquisa atualmente é a reconstrução 3D de objetos a partir de nuvens de pontos para realizar o reconhecimento e localização desses objetos. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um método para reconstruir objetos sólidos representados por nuvem de pontos utilizando um modelo paramétrico de superquádricas com o fim de usar em sistemas de visão robótica. A metodologia implementada consiste em obter 5 superelipsoides geradas artificialmente mais 4 objetos reais com nuvem de pontos extraída usando uma câmera comercial com sensor de profundidade - o Kinect®. A partir da nuvem de pontos de objetos simétricos que possam ter descrição matemática por superquádricas foram utilizados algoritmos especialmente desenvolvidos para a identificação dos onze parâmetros que descrevem tamanho, posição, rotação e forma que caracterizem o objeto-alvo. Por ultimo, a tarefa de minimizar a função implícita da superquádrica com o algoritmo iterativo de Levenberg-Marquardt até chegar aos verdadeiros parâmetros e construir o modelo tridimensional do objeto-alvo. A análise dos resultados se fez de duas formas. Primeiramente, foi feita a avaliação de cada etapa do algoritmo através da comparação dos resultados obtidos com os resultados esperados. Neste caso, o resultados demonstraram um erro padrão assintótico de 1% para cada parâmetro, o que favorece a validação da metodologia. Em seguida, foram usadas nuvens de pontos de objetos reais, cuja análise experimental demonstrou resultados do vetor de parâmetros característicos do objeto com valor de erro padrão assintótico para cada parâmetro também menor do que 1% . Os resultados também puderam ser avaliados graficamente, mostrando a aproximação dos pontos estimados com os pontos das imagens reais durante as iterações. Os resultados desta pesquisa demonstraram não só a eficácia do método com nuvens de pontos simuladas, mas também sua adequação à nuvem de pontos de objetos reais, onde se incluem ruído, erros de calibração do sistema de aquisição e descrição do objeto. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / One of the applications of robotic vision systems intensively researched today is the 3D reconstruction of objects from point clouds to achieve the recognition and location of these objects. This work aims at developing a method to reconstruct solid objects represented by point clouds using a parametric model of superquadrics in order to use in robot vision systems. The implemented methodology makes use of 5 synthetic superelipsoids and 4 real objects with point clouds extracted by using a commercial camera with a depth sensor – The Microsoft Kinect®. With point clouds of symmetrical objects that may have mathematical description for superquadrics, algorithms were developed to identify the eleven parameters that describe size, position, rotation and shape that characterize the target object. Finally, the task of minimizing the implicit function of the superquadric by using the iterative algorithm of Levenberg-Marquardt to get the true parameters and to construct the 3D model of the target object. The analysis was carried out in two ways. First, each step of the algorithm was assessed by comparing the results with the expected results. In this case, the results showed an average error of 1% for each parameter, which promotes the validation methodology. Then, point clouds were used from real objects, whose experimental analysis demonstrated results for the characteristic parameter vector with mean square errors for each parameter also less than 1%. The results also could be evaluated graphically, showing the approach of the estimated points to the points of the actual images during the iterations. These results demonstrate not only the effectiveness of the method with simulated point clouds, but also its suitability for point clouds of real objects, which include noise, calibration errors of the acquisition system and object description.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, 2010. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-05-19T12:04:16Z No. of bitstreams: 1 2010_HelenRachelAguiarMorais.pdf: 8453888 bytes, checksum: 43ab034d833566597a8be41312820df7 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2011-05-19T13:04:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_HelenRachelAguiarMorais.pdf: 8453888 bytes, checksum: 43ab034d833566597a8be41312820df7 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-19T13:04:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_HelenRachelAguiarMorais.pdf: 8453888 bytes, checksum: 43ab034d833566597a8be41312820df7 (MD5) / A arquitetura contemporânea em diversas partes do mundo tem sido produzida com recursos computacionais, o que tem permitido a construção de edifícios com formas complexas. O uso de tecnologia CAD/CAM permite obter menores custos na fabricação de componentes únicos e diferenciados na construção de edificações, com maior rapidez, precisão e controle. De um modo geral o uso de CAD na elaboração de projetos é amplamente conhecido entre os arquitetos e engenheiros. Sabemos que CAD/CAM na fabricação de componentes é utilizado há mais tempo nas indústrias naval, aeronáutica e automobilística. No entanto o uso de CAD/CAM para fabricação digital de elementos únicos e diferenciados na construção dos edifícios ainda é pouco comum entre os arquitetos(as) em Brasília, além da tecnologia BIM que também ainda é incipiente. Esta dissertação tem como objetivo demonstrar que a fabricação digital é economicamente promissora para a construção civil. Analisamos o papel do arquiteto ao longo da história, desde a época em que era mestre construtor. Com base na revisão de literatura apresentamos exemplos de edifícios complexos projetados e construídos com uso de CAD/CAM. A seguir definimos como objeto do nosso experimento prático um pilar da Catedral de Brasília, devido ao fato de possuir forma complexa. Analisamos o processo através do qual a Catedral foi projetada e construída e elaboramos um modelo computacional tridimensional o qual foi fabricado manualmente por um serralheiro e digitalmente com uso de máquina CNC. Comparamos os resultados da fabricação manual e digital do pilar da Catedral em relação aos custos, tempo gasto e precisão, nesta ordem, o que demonstrou que os benefícios de CAD/CAM são bastante promissores. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Contemporary architecture in several parts of the world has been produced with computer resources which have allowed the construction of buildings with complex forms. The use of CAD/CAM technology allows obtaining lower costs than the serial ones in the fabrication of unique components in the construction of buildings faster, with more precision and control. In general de use of CAD in design is widely known among architects and engineers. It is known that CAD/CAM in the fabrication of components is used for long time in the naval, aerospace and car industries. However, the use of CAD/CAM in the digital fabrication of unique elements in building construction is yet rare among architects in Brasília. Also, in this context, BIM technology is not very common. This Dissertation aims to demonstrate that digital fabrication is economically promising for the construction industry. We analyzed de role played by architects along history since the time of master builders. Based on the literature review we presented examples of complex buildings designed and built with the aid of CAD/CAM systems. Following that we defined as an object for our research experiment one column of Brasilia’s Cathedral because of its complex form. We analyzed the process through which this Cathedral was designed and built. This column was computer modeled and then it was fabricated manually by a blacksmith and also by CNC machine. We compared the results of the manually and digitally fabricated columns in relation to costs, production time and precision, and its potential for mass customization. This comparison showed that the benefits of the use of CAD/CAM are promising ones.

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.

Orientador: Jose Antonio Siqueira Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T20:31:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tozetto_EduardoHenrique_M.pdf: 2634313 bytes, checksum: 16d70c7f88dab18e657af6ec34a2defb (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O contexto econômico competitivo em que as empresas que desenvolvem ferramentas para projeto de CIs estão inseridas dificulta o estabelecimento de padrões e plataformas de desenvolvimento comuns. Em geral, a necessidade de inúmeras ferramentas resulta em um ambiente de projeto fragmentado. Este trabalho apresenta uma ferramenta desenvolvida através da implementação de interfaces gráficas paramétricas em TCL/TK, que integra funções gerais, permitindo a rápida codificação de procedimentos e seu acesso através de elementos gráficos. A ferramenta desenvolvida serve para facilitar e otimizar as tarefas envolvidas no aprimoramento das técnicas de projeto de Circuitos ntegrados através da elaboração de métodos e scripts visando à automação de etapas do fluxo de projeto / Abstract: The competitive environment in which the companies who develop software tools for the design of integrated circuits creates many barriers to the establishment of standards and common platforms. Usually the need for several software tools leads to a design environment which is fragmented and difficult to manage. This work presents the development of software tool, based on graphical parametric user interfaces in TCL/TK, which integrates many general functions and allows for a quick codification of procedures and its access through the graphics elements. The developed tool optimizes and facilitates the tasks employed in the improvement of the techniques used in integrated circuits design through the elaboration of methods and scripts dedicated to the automation of the design flow steps / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Com a ampliação da quantidade de informação disponível, gerada pelas diversas atividades humanas, surgiu a necessidade de sistemas computacionais capazes de indexar e analisar estas informações. A manipulação de dados, a derivação de novas informações e a extração de características desses dados propiciam descoberta de padrões e geração de conhecimento, tornando tais sistemas uma importante ferramenta científica. Sistemas com essas funcionalidades são criados com as mais variadas finalidades. No presente trabalho, focamos os sistemas para gerenciamento de informações na área da Biologia, mais especificamente, nos estudos da evolução de mamíferos. Tais sistemas podem ser enquadrados nos chamados sistemas de informação de biodiversidade. Tem-se verificado um número crescente de iniciativas direcionadas para o compartilhamento de informações de biodiversidade através da web. Tais sistemas visam disponibilizar, através da rede mundial de computadores, informações sobre espécimes catalogados em coleções nos mais variados locais, tais como museus de ciências naturais e instituições de pesquisa. Este trabalho descreve os componentes principais de um sistema de informações de biodiversidade, cujo objetivo é integrar recursos de visualização e de análise de dados e funções convencionais de gerenciamento encontradas em bancos de dados. O sistema, denominado TaxonomyBrowser, visa auxiliar os biólogos no gerenciamento de informações a respeito de espécimes por eles coletados, assim como exemplares já catalogados em coleções de museus. A integração com visualização de mapas através da API do Google Maps e a utilização de ferramentas de análise de dados através do Google Charts e do sistema R amplia a aplicabilidade do sistema, bem como, facilita a interação com os usuários. A validação, assim como todo projeto do sistema, foi realizada com a ajuda de biólogos da UFRGS, responsáveis pela coleta e catalogação de espécimes de mamíferos. / The increasing amount of information available due to the several, different human activities leads to the need for computing systems able to index and analyze these large data volume. Data manipulation, derivation of new data from the available ones and the extraction of characteristics from these data allow finding patterns and generating knowledge, turning such computing systems important scientific tools. Thus, systems with these features are created with a variety of purposes. In this work we focus on systems for the management of biological data, more specifically on those supporting the study of mammals’ evolution. Such systems are classified as biodiversity information systems. It has been verified an increasing number of approaches to share biodiversity information through the web. Such systems aim at providing, through theWorldWideWeb, information about catalogued specimens in collections at various locations, like natural sciences museums and research institutions. This work describes the main components of a biodiversity information system developed to integrate visualization and data analysis tools and conventional data management functions provided by relational databases. The system, named TaxonomyBrowser, aims at helping biologists to manage the information about the specimens they collect in fieldwork, as well as specimens that have already been catalogued in museums’ collections. The integration of map visualization through the Google Maps API and the application of Google Charts and R System as data analysis tools improve the system applicability, as well as facilitate user interaction. All phases of the system design were performed together with UFRGS biologists, in a participatory design experience, and currently they are carrying on a thorough validation of the system.

Este trabalho descreve uma nova visão sobre um dos algoritmos mais importantes da Computação Gráfica, o algoritmo para a poligonização de isosuperfícies Marching Cubes (MC). Esta visão permite o estudo das situações onde são gerados triângulos de baixa qualidade, uma das grandes deficiências do MC, e serve como suporte à proposta de modificações no algoritmo. Neste trabalho também são propostas três modificações ao MC, com objetivo de gerar triângulos de boa qualidade e manter as características mais atraentes do MC, ou seja, a sua simplicidade, eficiência e robustez. O funcionamento do MC é analisado a partir da decomposição das células de amostragem em Grupos de Arestas. Os Grupos de Arestas permitem o estudo do modo como os triângulos são construídos no interior de cada célula de amostragem, e possibilitam identificar onde e como são gerados triângulos de baixa qualidade. As situações onde triângulos de baixa qualidade são gerados são resolvidas através da proposta de três modificações no algoritmo MC, sendo elas: (1) um critério para conduzir a construção da tabela de triangulações, (2) o reposicionamento das arestas ativas e (3) o deslocamento dos vértices de intersecção sobre as arestas ativas. A primeira modificação é a proposta de um novo critério para conduzir a construção da tabela de triangulações do MC. O critério tem como objetivo o aumento da qualidade da malha gerada, através do uso de triangulações que não resultem nos grupos de arestas que têm maior probabilidade de gerar triângulos de baixa qualidade. A segunda modificação propõe o reposicionamento das arestas ativas. Os grupos de arestas mostram que a posição das arestas ativas influencia a qualidade dos triângulos, o que motiva a criação de um procedimento que reposicione as arestas ativas em relação ao comportamento da isosuperfície. Este procedimento resulta na maximização da distância entre os vértices de intersecção e na melhora na qualidade da malha gerada. A terceira modificação propõe o deslocamento dos vértices de intersecção ao longo das arestas ativas. O movimento dos vértices é controlado por um parâmetro que oferece a oportunidade de comprometer a qualidade de aproximação (distância entre a malha gerada e a isosuperfície) em razão da qualidade da malha. O conjunto de modificações propostas resulta no algoritmo Macet (Marching Cubes with Edge Transformations). O Macet é simples e eficiente, gera malhas com qualidade de aproximação igual ou superior à do MC e onde os triângulos de baixa qualidade ainda têm qualidade comparável ou superior aos métodos disponíveis atualmente. / This work sheds a new light on one of the most important algorithms of Computer Graphics, the isosurface polygonization algorithm Marching Cubes (MC). The analysis described here allows the study of situations where low quality triangles are generated, one of the well-know MC drawbacks, and also supports the proposal of extensions for the algorithm. In this work three extensions for MC are also proposed, all with purpose of increase the quality of the resulting triangulations and keep the simplicity, efficiency and robustness of MC. The MC is studied with the breaking of its sampling cells in Edge Groups. The Edge Groups allow the study of how triangles are generated inside each sampling cell, and make possible to identify where and how low quality triangles are generated. The low quality triangle generation is tackled through the proposal of three modifications to the MC algorithm, namely: (1) a new rule to create the look-up table, (2) the warping of active edges and (3) the displacement of cut vertices along active edges. The first modification is the proposal of a new rule to create the triangulations of the MC look-up table. This rule aims the mesh quality improvement through the creation of triangulations that are based on edge groups with fewer chances of generate low quality triangles. The second modification is the proposal of the active edge warping. The edge groups analysis shows that active edges position have a high impact on the triangle quality, which motivates the proposal of a procedure that warps the active edges in response to the isosurface behavior. This procedure results in the maximization of the distance between cut edges, and, consequently, in the overall mesh quality improvement. The third modification is the proposal of the cut vertex displacement along active edges. The vertex displacement is controlled by a user-defined parameter which results in a tradeoff between approximation quality (the distance between the mesh and the “real” isosurface) and the mesh quality. The set of modifications results in the proposal of the Macet (Marching Cubes with Edge Transformations) algorithm. Macet is simple and efficient, and results in high quality meshes with the same (or higher) MC approximation quality.

Este trabalho apresenta um modelo de integração de ferramentas de animação que reduz consideravelmente o esforço envolvido na construção de novos sistemas. O modelo proposto distribui as tarefas a serem implementadas pelo sistema entre diversas ferramentas, permitindo que cada uma seja menor e mais fácil de manter que um sistema completo. Uma implementação do modelo proposto também é apresentada aqui, assim como o é um protótipo de sistema, construído de acordo com o modelo. O protótipo é comparado com as ferramentas de animação atualmente disponíveis na UFRGS, a universidade na qual este estudo foi desenvolvido. O trabalho conclui com uma análise dos resultados principais obtidos deste estudo. Ao final também são apresentadas algumas sugestões de trabalhos futuros. / This work presents a model for animation tool’s integration, which greatly reduces the programmer’s work in developing a new system. The proposed model distributes all tasks among several tools, making each tool smaller and easier to maintain. An implementation of such model is also described here, and so is a prototype of an animation system made according to the model proposed. The prototype is then compared to the current animation tools available at the UFRGS, the University in which this work was developed. The work concludes with an analysis of the main results and some suggestions of possible future works.

O trabalho tem como objetivo estudar as repercussões do emprego de recursos informáticos aplicados ao projeto arquitetônico e da sua interação com o usuário. A relação entre computação gráfica e projeto arquitetônico é um assunto já bastante discutido, seja como a aplicação do potencial matemático da ferramenta para a composição das formas, ou ainda, como experimentações no campo da realidade virtual. No entanto, sob o ponto de vista do projeto arquitetônico e da sua apropriação da ferramenta pouco se tem dito, é nesta lacuna que a dissertação pretende se inserir. Desenvolvo a questão em duas partes principais. A primeira tem o objetivo de situar o leitor no assunto proposto, procurando possíveis repostas para relação entre usuário/projeto/máquina. A segunda parte se concentra no projeto arquitetônico como forma de investigação, amparada em um estudo de caso, resultado da observação do atelier. Procuro tecer as relações entre o projeto dos alunos, como resposta às instruções dos professores, e o uso da computação gráfica na composição do projeto.

Vídeos são dos principais meios de difusão de conhecimento, informação e entretenimento existentes. Todavia, apesar da boa qualidade e da boa aceitação do público, os vídeos atuais ainda restringem o espectador a um único ponto de vista. Atualmente, alguns estudos estão sendo desenvolvidos visando oferecer ao espectador maior liberdade para decidir de onde ele gostaria de assistir a cena. O tipo de vídeo a ser produzido por essas iniciativas tem sido chamado genericamente de vídeo 3D. Esse trabalho propõe uma arquitetura para captura e exibição de vídeos 3D em tempo real utilizando as informações de cor e profundidade da cena, capturadas para cada pixel de cada quadro do vídeo. A informação de profundidade pode ser obtida utilizando-se câmeras 3D, algoritmos de extração de disparidade a partir de estéreo, ou com auxílio de luz estruturada. A partir da informação de profundidade é possível calcular novos pontos de vista da cena utilizando um algoritmo de warping 3D. Devido a não disponibilidade de câmeras 3D durante a realização deste trabalho, a arquitetura proposta foi validada utilizando um ambiente sintético construído usando técnicas de computação gráfica. Este protótipo também foi utilizado para analisar diversos algoritmos de visão computacional que utilizam imagens estereoscópias para a extração da profundidade de cenas em tempo real. O uso de um ambiente controlado permitiu uma análise bastante criteriosa da qualidade dos mapas de profundidade produzidos por estes algoritmos, nos levando a concluir que eles ainda não são apropriados para uso de aplicações que necessitem da captura de vídeo 3D em tempo real.

O advento das unidades de processamento gráfico (GPUs) programáveis forneceram um novo modelo computacional que pode ser utilizado em diversas aplicações. Baseadas em arquitetura de fluxo paralelo, a atual geração de GPUs oferece processadores de vértices e de fragmentos programáveis que podem aumentar drasticamente a performance comparada com soluções implementadas exclusivamente em CPUs. Entretanto obter performance ótima no modelo computacional da GPU, que é complexo e altamente paralelo, com ferramentas de depuração limitadas é uma tarefa difícil e importante. Neste trabalho nós descrevemos uma abordagem simples para avaliar diversas soluções baseadas em GPU para uma dada solução. Ela consiste de um modelo de estimativa de performance que procura reproduzir, dentro de faixas toleráveis de erro, a medida de performance para a unidade de processamento de fragmentos. Nós avaliamos a nossa proposta utilizando as últimas gerações de placas gráficas da NVidia e da ATI usando um conjunto de medidas sintéticas bem como um estudo de caso de uma aplicação em tempo-real. / The advent of Graphics Processing Units (GPUs) with programmable shaders brought a new computational model that can be used in several applications. Based on a parallel streaming architecture, current GPU generations offer a vertex and fragment shader that can drastically improve performance if compared to CPU-only solutions. However, obtaining optimal performance in the highly parallel and complex GPU model with limited debugging tools is a challenging and important task. In this work we describe a simple approach to evaluate several GPU alternatives to a given solution. It consists of a performance estimation model that aims to reproduce within acceptable errors the measured performance of the fragment shader. We evaluate our proposal using last generation cards from NVIDIA and ATI using synthetic benchmarks as well as a real-time graphics application case-study.