Orientador : Prof. Dr. Olga R.P. Bellon / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa: Curitiba, 31/08/2016 / Inclui referências : f. 53-57 / Resumo: Neste trabalho, estimamos a pose da cabe¸ca em imagens 2D, tanto em ambientes controlados como n˜ao controlados, baseado apenas na regi˜ao do nariz. Para este fim, propomos e comparamos uma metodologia livre de landmarks, baseado em Support Vector Machi- nes (SVM-NosePose). O uso de apenas a regi˜ao do nariz apresenta vantagens sobre o uso da face inteira; n˜ao apenas 'e menos prov'avel a oclus˜ao do nariz, mas ele tamb'em 'e vis'?vel e provado ser altamente discriminante em todas as poses de perfil a frontal. O SVM j'a foi utilizado para este tipo de tarefa em uma base pequena e controlada. Nosso SVM-NosePose adiciona novas id'eias e experimentos 'a etapa da gera¸c˜ao do vetor de caracter '?sticas, tanto na extra¸c˜ao destas, como na agrega¸c˜ao dos dados. 'E comparado favoravelmente ao estado-da-arte, atrav'es de experimentos abrangentes cuidadosamente elaborados, utilizando seis bases de dados publicamente dispon'?veis, Pointing'04, Multi-PIE, McGillFaces, SFEW, AFW e PaSC, abrangendo diversos cen'arios poss'?veis na estimativa da pose da cabe¸ca. A fim de realizar uma avali¸c˜ao completa e detalhada, apresentamos resultados tanto com as regi˜oes anotadas do nariz quanto com a sa'?da de um detector de narizes estado-da-arte. Adicionalmente, investigamos duas diferentes aplica¸c˜oes para nossa estimativa: a inclus˜ao original de uma pontua¸c˜ao da pose da cabe¸ca na estimativa da qualidade da face para a inicializa¸c˜ao de um rastreador de narizes, alcan¸cando maior precis˜ao de rastreamento; e a execu¸c˜ao de alinhamento 3D livre de landmarks em ambientes n˜ao controlados utilizando apenas a informa¸c˜ao da regi˜ao do nariz, permitindo que estimativas sejam geradas mesmo em cen'arios desafiadores. Palavras-chave: pose da cabe¸ca; rastreamento facial; alinhamento facial / Abstract: We perform head pose estimation solely based on the nose region as input, extracted from 2D images in both constrained and unconstrained environments. To this end, we propose a landmark free methodology, based on Support Vector Machines (SVM-NosePose) and compare it against the state-of-the-art. Using the nose region has advantages over using the whole face; not only it is less likely to be occluded, it is also visible and proved to be highly discriminant in all poses from profile to frontal. SVM has been previously used for this task on a small, controlled dataset. Our SVM-NosePose adds new ideas and experiments on the feature vector generation stage, both in feature extraction and data aggregation. Our SVM-NosePose estimation favorably compares, through thoughtful and comprehensive experiments, against state-of-the-art approaches, using six publicly available datasets, Pointing'04, Multi-PIE, McGillFaces, SFEW, AFW and PaSC. To achieve a complete and detailed evaluation, we present results using both the nose region ground-truth and the output of a state-of-the-art nose detector. Additionally, two different applications for our approach are also investigated: the original inclusion of a head pose score for face quality estimation, for initializing a nose tracker, leading to higher tracking precision; and performing landmark-free 3D face alignment in the wild using only the information of the nose region, enabling coherent estimates to be generated even in challenging scenarios. Keywords: head pose; face tracking; face alignment

Orientador: Prof. Dr. André L. Battaiola / Coorientador: Prof. Dr. Adriano Heemann / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Artes, Comunicação e Design, Programa de Pós-Graduação em Design. Defesa: Curitiba, 20/02/2017 / Inclui referências : f. 251-260 / Área de concentração : Sistemas de informação / Resumo: O uso de animações gráficas para a educação tem se popularizado devido a vários fatores que contribuíram para facilitar a sua confecção e a sua utilização em sala de aula. A animação pode auxiliar no aprendizado tanto no âmbito lúdico quanto no cognitivo. Isso depende das funções e dos objetivos com que esse recurso é construído e do processo de design empregado pelos seus desenvolvedores. Neste ponto, surge um problema: o processo de design dessas animações pode ser realizado de diversas formas e pode envolver diversos elementos, variáveis e profissionais necessários para viabilizar uma animação que se comporte como um objeto de aprendizagem dotado de significados e inserido no ambiente educacional. No entanto, não foi encontrado um processo de design que trabalhe de forma integrada com grande parte dos elementos necessários para a confecção deste tipo de animação, bem como tenha orientação centrada no aprendiz e que, ainda, promova processos de trabalho colaborativo. Note-se que, normalmente, os modelos são pontuais, lineares, não incluem o usuário e não são integrados. Assim, todas estas lacunas no processo de design de uma animação educacional motivaram a realização desta pesquisa. Neste contexto, esta pesquisa propõe uma solução para o seguinte problema: Como conceber colaborativamente uma animação educacional para o ensino fundamental? Assim, seu objetivo geral é propor um modelo para a concepção colaborativa de animações educacionais para o ensino fundamental a partir da literatura, da prática e dos stakeholders. As principais motivações para esta pesquisa são: a necessidade de melhorias na produção de animações enquanto objetos de aprendizagem; a demanda por objetos ligados às teorias de aprendizagem emergentes e de tecnologias educacionais; a necessidade de ampliar a motivação nas tarefas escolares; a necessidade de diálogo interdisciplinar entre educação e design; a necessidade de colaboração entre os desenvolvedores e, entre os desenvolvedores e os usuários; e, por fim, a necessidade de direcionamento do objeto de aprendizagem para atender as necessidades do usuário final, os aprendizes. Esta pesquisa é classificada como uma pesquisa aplicada, qualitativa, descritiva e exploratória. Em termos de técnicas, ela utiliza a pesquisa bibliográfica, o estudo analítico e as consultas (entrevistas, workshops e avaliações) com os stakeholders do processo. A sua base teórica compreende o design centrado no ser humano, o design participativo, colaborativo, a teoria da complexidade e as linhas progressistas da educação. A pesquisa resultou em um modelo estruturado e colaborativo para a concepção de animações educacionais. Esse modelo promove a participação planejada e colaborativa dos desenvolvedores envolvidos no processo de design de uma animação educacional (professores, conteudistas, designers e etc.) com foco no aprendiz e indica a participação destes nesse processo. Espera-se que este modelo aproxime a Educação e o Design em um trabalho conjunto para ampliar a motivação em sala de aula e melhorar a prática do design direcionada a educação. Palavras-chave: Animação educacional. Processo de concepção. Modelo colaborativo. / Abstract: The use of graphic animations for education has become popular due to several factors that have contributed to facilitate its use and its use in the classroom. Animation can aid in learning both in the playful context and in the cognitive field. This depends on the functions and goals with which this feature is built and the design process employed by its developers. At this point, a problem arises: the design process of these animations can be carried out in several ways and can involve several elements, variables and professionals necessary to construct an animation that behaves with a learning object endowed with meanings and inserted in the educational environment. However, we did not find a design process that works in an integrated way with most of the elements needed to make this kind of animation, as well as having a learner-centered orientation and also promoting collaborative work processes. It should be noted that, typically, the models are punctual, linear, do not include the user and are not integrated. Thus, all these gaps in the process of designing an educational animation motivated this research. In this context, this research proposes a solution to the following problem: How to collaboratively design an educational animation for elementary school? Thus, its general objective is to propose a model for the collaborative conception of educational animations for elementary education from literature, practice and stakeholders. The main motivations for this research are: the need for improvements in the production of animations as learning objects; the demand for objects linked to emerging learning theories and educational technologies; the need to increase motivation in school tasks; the need for interdisciplinary dialogue between education and design; the need for collaboration between developers and between developers and users; and, finally, the need to target the learning object to meet the needs of the end-user learners. This research is classified as an applied, qualitative, descriptive and exploratory research. In terms of techniques, it uses bibliographic research, analytical study and consultations (interviews, workshops and evaluations) with stakeholders. Its theoretical basis includes human-centered design, participatory and collaborative design, complexity theory and progressive education lines. The research results in a structured and collaborative model for design of educational animations. This model promotes the planned and collaborative participation of the developers involved in the process of designing an educational animation (teachers, content designers, designers, etc.) focusing on the learner and indicates their participation in this process. It is hoped that this model will closer together the developers of education and design in order to broaden classroom motivation and improve the design practice of education. Keywords: Educational Animation. Conceptual model. Collaborative model.