Submitted by Filipe dos Santos (fsantos@pucsp.br) on 2017-05-15T16:25:32Z No. of bitstreams: 1 Gilles Pedroza Leite.pdf: 5236684 bytes, checksum: f7dd561a968daadce12c2faa06d15c08 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-15T16:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gilles Pedroza Leite.pdf: 5236684 bytes, checksum: f7dd561a968daadce12c2faa06d15c08 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / In this text we will travel through a critical exposition of the three-dimensional effects in movies and games development history creating a relation between the immersive factor and the technique of its production, we will seek to clarify how its developments, both aesthetic and technological, are reinventing the importance of image in contemporary society. Therefore, we will begin to show the context of production and levels of immersion, then move on to introduce an analytical look about the same. We will pass through the concepts of procedural modeling used in the industry of games, and the preference on its use on implementing the creation for vegetation landscapes. Then we elucidate these points through the game analysis The Witcher III, especially the landscape and vegetation through a match with the real tree that meet the aesthetic characteristics of the chosen object in the game / Neste texto iremos proceder a uma exposição crítica da história do desenvolvimento dos efeitos tridimensionais no cinema e nos jogos tecendo uma relação entre o fator imersivo com a técnica utilizada para a produção deste, ao mesmo tempo, vamos procurar elucidar de que forma seu desenvolvimento, tanto estético quanto tecnológico, vem reinventando a importância da imagem na sociedade contemporânea. Para tanto, começaremos por mostrar o contexto de produção e níveis de imersão, passando em seguida a introduzir um olhar analítico sobre o mesmo. Logo após, abordaremos conceitos empregados em modelagem procedural na indústria de jogos, suas vantagens e desvantagens, e sobre sua utilização para implementação na criação de paisagens vegetais. Em seguida, exemplificaremos esses pontos através da análise do game The Witcher III, em especial a paisagem e a vegetação, através de uma equiparação com a árvore real que atendam as características estéticas do objeto escolhido no jogo

Para criar representações do mundo real, ilustradores utilizam técnicas baseadas em princípios perceptuais para criar efeitos e comunicar informação de maneira eficiente e elegante. Nos últimos anos, essas técnicas têm sido adotadas na computação gráfica para melhorar a visualização de dados científicos. Os ilustradores tradicionais conseguem compor imagens utilizando apenas linhas, gerando representações limpas e simples e com grande poder de comunicar forma. Apesar de alguns trabalhos tentarem reproduzir os efeitos das ilustrações tradicionais com linhas, os princípios perceptuais utilizados pelos artistas ainda não foram bem explorados. Esses princípios são importantes para gerar uma imagem fácil de interpretar, sem ambigüidades e criar efeitos como focos de atenção, sombreamento, noção de profundidade, etc. Este trabalho explora as técnicas utilizadas pelos ilustradores profissionais na criação de visualizações digitais, propondo a adaptação de um método chamado perspective contouring, utilizado para criar focos de atenção em ilustrações baseadas em linhas de contorno. O sistema de ilustração desenvolvido utiliza uma interface baseada em esboço para a definição das regiões de interesse, onde se quer dar ênfase, para determinação de curvas de eixo do modelo e para o desenho de curvas de controle dos atributos das linhas de desenho, como espessura e espaçamento. A título de resultado, são apresentadas comparações de imagens criadas por um ilustrador profissional e imagens criadas pelo sistema desenvolvido. / To create representations of the real world, illustrators use techniques based on perceptual principles to create effects and communicate information in an efficient and elegant manner. In the last years, these techniques have been adopted in computer graphics to improve the visualization of scientific data. Traditional illustrators can compose images using only lines, creating representations that are clean, simple and are suitable to communicate form. Although some works try to reproduce the effects of traditional line illustration, the perceptual principles used by artists are not fully explored. These principles are important to create an image that is easy to interpret and has no ambiguity, and also to create effects like focus of attention, shading, depth perception, etc. In this work, we aim at exploring the techniques used by professional illustrators in the creation of digital visualizations, by proposing the adaptation of a method called perspective contouring, used to create focus of attention in contour lines illustrations. We implemented an illustration system that uses a sketch-based interface to define the regions of interest, where the emphasis is desirable, to create axis curves for the model, and to draw curves that control line attributes like width and spacing. As results, we present a comparison of images by a professional illustrator and images created with the developed system.

Esta tese de doutorado descreve um novo modelo para o acoplamento de difusão química contínua e eventos celulares discretos dentro de um ambiente de simulação biologicamente inspirado. Nosso objetivo é definir e explorar um conjunto minimalista de recursos que também são expressivos, permitindo a criação de padrões 2D complexos usando apenas poucas regras. Por não nos restringirmos a uma grade estática ou regular, mostramos que muitos fenômenos diferentes podem ser simulados, como sistemas tradicionais de reação-difusão, autômatos celulares e padrões de pigmentação de seres vivos. Em particular, demonstramos que a adição de saturação química aumenta significativamente a gama de padrões simulados usando reação-difusão, incluindo padrões que não eram possíveis anteriormente. Nossos resultados sugerem um possível modelo universal que pode integrar abordagens de formação de padrões anteriores, fornecendo nova base para experimentação e texturas de aparência realista para uso geral em Computação Gráfica. / This doctoral thesis describes a novel model for coupling continuous chemical diffusion and discrete cellular events inside a biologically inspired simulation environment. Our goal is to define and explore a minimalist set of features that are also expressive, enabling the creation of complex 2D patterns using just a few rules. By not being constrained into a static or regular grid, we show that many different phenomena can be simulated, such as traditional reaction-diffusion systems, cellular automata, and pigmentation patterns from living beings. In particular, we demonstrate that adding chemical saturation increases significantly the range of simulated patterns using reaction-diffusion, including patterns not possible before. Our results suggest a possible universal model that can integrate previous pattern formation approaches, providing new ground for experimentation and realistic-looking textures for general use in Computer Graphics.

Existem milhares de espécies de serpentes no mundo, muitas com padrões distintos e intricados. Esta diversidade se torna um problema para usuários que precisam criar texturas de pele de serpente para aplicar em modelos 3D, pois a dificuldade em criar estes padrões complexos é considerável. Nós primeiramente propomos uma categorização de padrões de pele de serpentes levando em conta suas características visuais. Então apresentamos um modelo procedural capaz de sintetizar uma vasta gama de textura de padrões de pele de serpentes. O modelo usa processamento de imagem simples (tal como sintetizar bolinhas e listras) bem como autômatos celulares e geradores de ruído para criar texturas realistas para usar em renderizadores modernos. Nossos resultados mostram boa similaridade visual com pele de serpentes reais. As texturas resultantes podem ser usadas não apenas em computação gráfica, mas também em educação sobre serpentes e suas características visuais. Nós também realizamos testes com usuários para avaliar a usabilidade de nossa ferramenta. O escore da Escala de Usabilidade do Sistema foi de 85:8, sugerindo uma ferramenta de texturização altamente efetiva. / There are thousands of snake species in the world, many with intricate and distinct skin patterns. This diversity becomes a problem for users who need to create snake skin textures to apply on 3D models, as the difficulty for creating such complex patterns is considerable. We first propose a categorization of snake skin patterns considering their visual characteristics. We then present a procedural model capable of synthesizing a wide range of texture skin patterns from snakes. The model uses simple image processing (such as synthesizing spots and stripes) as well as cellular automata and noise generators to create realistic textures for use in a modern renderer. Our results show good visual similarity with real skin found in snakes. The resulting textures can be used not only for computer graphics texturing, but also in education about snakes and their visual characteristics. We have also performed a user study to assess the usability of our tool. The score from the System Usability Scale was 85:8, suggesting a highly effective texturing tool.

O crescente uso das tecnologias digitais no dia-a-dia das pessoas gerou diversas mudanças de comportamento; tendências colaborativas de troca e compartilhamento de informações, ideias, conhecimentos e bens materiais passam a integrar não apenas a vida social dos usuários da internet, mas também surgem no ambiente escolar e de trabalho, mediadas por diferentes interfaces e dispositivos digitais. Nesse contexto, esta pesquisa pretende compreender como as ferramentas que surgiram a partir do uso das novas tecnologias de informação e comunicação (TICs) impulsionaram ou facilitaram a colaboração entre usuários na internet, abordando os principais aspectos e necessidades da colaboração em ambientes virtuais e relacionando-os com conhecimentos da área do design de interfaces O principal objetivo do estudo é propor elementos de interface que, integrados aos ambientes virtuais de aprendizagem (AVAs), favoreçam a realização de atividades colaborativas. Para tanto, após revisão bibliográfica e análise de similares, foi realizada uma análise das ferramentas colaborativas na interface do AVA Moodle, sob o aspecto dos mecanismos de conversação, coordenação e percepção de Preece, Rogers e Sharp (2005). Em seguida, foi aplicado um questionário com professores da área de design a respeito do uso do Moodle e/ou de demais tecnologias digitais em atividades colaborativas com os alunos. Os resultados dessa etapa foram discutidos em uma oficina com especialistas do campo de design a fim de avaliar as possibilidades de implementação de elementos gráficos e ferramentas computacionais na interface do Moodle que pudessem facilitar a colaboração entre seus usuários. Esses procedimentos elucidaram um conjunto de necessidades, requisitos, elementos e funcionalidades de interface com vistas a apoiar a colaboração em AVAs e/ou outras plataformas digitais. / The increasing use of digital technologies in people's daily lives has generated a number of behavioral changes; collaborative tendencies of exchange and sharing of information, ideas, knowledge and material goods integrate not only the social life of internet users, but also arise in the school and work environment, mediated by different interfaces and digital devices. In this sense, this research aims to understand how the tools that have emerged from the use of the new information and communication technologies (ICTs) have driven or facilitated Internet user’s collaboration, addressing the main aspects and needs of collaboration in virtual environments, relating them to interface design topics. The main objective of the study is to propose interface elements that, integrated to the interface of learning management systems (LMS), promote the accomplishment of collaborative activities To do so, after a literature review and the analysis of interfaces with collaborative functions, an analysis of Moodle's collaborative tools was carried out considering the mechanisms of conversation, coordination and awareness (PREECE; ROGERS; SHARP, 2005). Then, a questionnaire was applied with professors from the design area regarding the use of Moodle and/or other digital technologies in collaborative activities with their students. The results of this stage were discussed in a workshop with design experts, in order to evaluate the possibilities of implementing graphic elements and computational tools in Moodle's interface that could facilitate user's collaboration. These procedures have generated a set of needs, requirements, interface elements and functionalities to facilitate collaboration processes in learning management systems and/or other digital platforms.

A Geometria Descritiva (GD) tem por objetivo o estudo e a compreensão de objetos no espaço tridimensional (3D) a partir de suas representações bidimensionais (2D) em um ou mais planos, e vice-versa. No ensino tradicional da GD, os alunos têm dificuldade em transpor a barreira de ordem cognitiva criada no processo de abstração necessário para a compreensão da relação entre as representações bidimensionais e sua correspondência com o objeto tridimensional. A Computação Gráfica e o Design de Interação têm o potencial tecnológico de auxiliar na transposição desta barreira e contribuir para o estudo da Geometria Descritiva melhorando a compreensão espacial. Através do Design de Interação com foco na usabilidade, é possível projetar uma interface para um software de ensino de Geometria Descritiva que relacione as operações nos ambientes 2D e 3D de maneira biunívoca e interativa(em tempo real), compatível com o modo de trabalho gráfico da Geometria Descritiva e suas operações realizadas pelos alunos com o auxílio de instrumentos convencionais do desenho, utilizando para isto a Computação Gráfica. O Objetivo deste trabalho é desenvolver a interface bidimensional do software para o ensino da Geometria Descritiva HyperCAL3D de maneira a permitir a interatividade, mostrando em tempo real as operações descritivas que podem ser feitas tanto no modelo 3D como nas suas representações 2D, sendo visualizadas em ambos ambientes (3D e 2D) simultaneamente para contribuir para o estudo da Geometria Descritiva. Para o desenvolvimento da interface foram investigados os conceitos utilizados na disciplina e os requisitos dos usuários. Foram analisadas as operações realizadas no software, os softwares similares e os modelos conceituais utilizados nas interfaces. Após as intervenções feitas na estrutura de classes e a mudança nas funcionalidades existentes o software foi avaliado por especialistas e pelos usuários (experientes e novatos) em termos de usabilidade. Em uma das avaliações feitas, foi utilizada uma escala S.U.S., onde os usuários classificaram a nova interface como excelente, alcançando 85,41 pontos, bem acima dos 68 pontos de média da escala. / Descriptive Geometry (GD) aims to study and understand objects in three-dimensional space (3D) from their two-dimensional representations (2D) in one or more planes, and vice versa. In traditional GD teaching, students have difficulty transposing the cognitive barrier created in the process of abstraction necessary for understanding the relationship between two-dimensional representations and their correspondence with the three-dimensional object. Computer Graphics and Interaction Design have the technological potential to help transpose this barrier and contribute to the study of Descriptive Geometry in order to improving spatial comprehension. Through Interaction Design with a focus on usability, it is possible to design an interface for Descriptive Geometry teaching software that relates operations in 2D and 3D environments in a biunivocal and interactive (real-time) way, compatible with the graphical work mode of Descriptive Geometry and its operations performed by the students with the aid of conventional instruments of drawing, using for this the Computer Graphics. The objective of this work is to develop the two-dimensional interface of the software HyperCAL3D for the teaching of Descriptive Geometry in order to allow interactivity, showing in real time the descriptive operations that can be done both in the 3D model and in its 2D representations, being visualized in both Environments (3D and 2D) simultaneously to contribute to the study of Descriptive Geometry. For the development of the interface we investigated the concepts used in the discipline and the requirements of the users. The operations performed in the software, the similar software and the conceptual models used in the interfaces were analyzed. After the interventions made in the class structure and the change in the existing functionalities the software was evaluated by experts and users (experienced and novice) in terms of usability. In one of the evaluations made, the S.U.S. scale was used, where users rated the new interface as excellent, reaching 85.41 points, well above the 68 average points of the scale.

Operadores de tone mapping reverso (RTMOs) realçam imagens e vídeos de baixa faixa dinâmica para visualização em monitores de alta faixa dinâmica. Um problema comum encontrado por operadores anteriores é a maneira com que tratam conteúdo sub ou superexposto. Sob tais condições, eles podem não ser eficientes, e até mesmo causar perda e reversão de contraste visível. Apresentamos uma classe de operadores de tone mapping reverso, baseados no filtro bilateral cruzado (cross bilateral filter), capazes de gerar imagens HDR de alta qualidade. Experimentos utilizando uma métrica objetiva de avaliação de imagens demostram que nosso método é a única técnica capaz de realçar detalhes perceptíveis ao longo de uma grande gama de exposições de imagem, a qual inclui desde imagens subexpostas até imagens superexpostas. / Reverse tone mapping operators (rTMOs) enhance low-dynamic-range images and videos for display on high dynamic range monitors. A common problem faced by previous rTMOs is the handling of under or overexposed content. Under such conditions, they may not be effective, and even cause loss and reversal of visible contrast. We present a class of local rTMOs based on cross bilateral filtering that is capable of generating highquality HDR images and videos for a wide range of exposure conditions. Experiments performed using an objective image quality metric show that our approach is the only single technique available that can gracefully enhance perceived details across a large range of image exposures.

O avanço tecnológico atual está permitindo que as pessoas recebam cada vez mais informações visuais dos mais diferentes tipos, nas mais variadas mídias. Esse aumento fantástico está obrigando os pesquisadores e as indústrias a imaginar soluções para o armazenamento e recuperação deste tipo de informação, pois nossos computadores ainda utilizam, apesar dos grandes avanços nessa área, um sistema de arquivos imaginado há décadas, quando era natural trabalhar com informações meramente textuais. Agora, nos deparamos com novos problemas: Como encontrar uma paisagem específica em um banco de imagens, em que trecho de um filme aparece um cavalo sobre uma colina, em que parte da fotografia existe um gato, como fazer um robô localizar um objeto em uma cena, entre outras necessidades. O objetivo desse trabalho é propor uma arquitetura de rede neural artificial que permita o reconhecimento de objetos genéricos e de categorias em banco de imagens digitais, de forma que se possa recuperar imagens específicas a partir da descrição da cena fornecida pelo usuário. Para que esse objetivo fosse alcançado, foram utilizadas técnicas de Visão Computacional e Processamento de Imagens na etapa de extração de feições de baixo nível e de Redes Neurais(Mapas Auto-Organizáveis de Kohonen) na etapa de agrupamento de classes de objetos. O resultado final desse trabalho pretende ser um embrião para um sistema de reconhecimento de objetos mais genérico, que possa ser estendido para a criação de indices de forma automática ou semi-automática em grandes bancos de imagens. / The current technological progress allows people to receive more and more visual information of the most different types, in different medias. This huge augmentation of image availability forces researchers and industries to propose efficient solutions for image storage and recovery. Despite the extraordinary advances in computational power, the data files system remain the same for decades, when it was natural to deal only with textual information. Nowadays, new problems are in front of us in this field. For instance, how can we find an specific landscape in a image database, in which place of a movie there is a horse on a hill, in which part of a photographic picture there is a cat, how can a robot find an object in a scene, among other queries. The objective of this work is to propose an Artificial Neural Network (ANN) architecture that performs the recognition of generic objects and object’s categories in a digital image database. With this implementation, it becomes possible to do image retrieval through the user´s scene description. To achieve our goal, we have used Computer Vision and Image Processing techniques in low level features extraction and Neural Networks (namely Kohonen’s Self-Organizing Maps) in the phase of object classes clustering. The main result of this work aims to be a seed for a more generic object recognition system, which can be extended to the automatic or semi-automatic index creation in huge image databases.

As estrategias de passes têm sido sempre de interesse para a pesquisa de futebol. Desde os inícios do futebol, os técnicos tem usado olheiros, gravações de vídeo, exercícios de treinamento e feeds de dados para coletar informações sobre as táticas e desempenho dos jogadores. No entanto, a natureza dinâmica das estratégias de passes são bastante complexas para refletir o que está acontecendo dentro do campo e torna difícil o entendimento do jogo. Além disso, existe uma demanda crecente pela deteção de padrões e analise de estrategias de passes popularizado pelo tiki-taka utilizado pelo FC. Barcelona. Neste trabalho, propomos uma abordagem para abstrair as sequências de pases e agrupálas baseadas na geometria da trajetória da bola. Para analizar as estratégias de passes, apresentamos um esquema de visualização interátiva para explorar a frequência de uso, a localização espacial e ocorrência temporal das sequências. A visualização Frequency Stripes fornece uma visão geral da frequencia dos grupos achados em tres regiões do campo: defesa, meio e ataque. O heatmap de trajetórias coordenado com a timeline de passes permite a exploração das formas mais recorrentes no espaço e tempo. Os resultados demostram oito trajetórias comunes da bola para sequências de três pases as quais dependem da posição dos jogadores e os ângulos de passe. Demonstramos o potencial da nossa abordagem com utilizando dados de várias partidas do Campeonato Brasileiro sob diferentes casos de estudo, e reportamos os comentários de especialistas em futebol. / Passing strategies analysis has always been of interest for soccer research. Since the beginning of soccer, managers have used scouting, video footage, training drills and data feeds to collect information about tactics and player performance. However, the dynamic nature of passing strategies is complex enough to reflect what is happening in the game and makes it hard to understand its dynamics. Furthermore, there exists a growing demand for pattern detection and passing sequence analysis popularized by FC Barcelona’s tiki-taka. We propose an approach to abstract passing strategies and group them based on the geometry of the ball trajectory. To analyse passing sequences, we introduce a interactive visualization scheme to explore the frequency of usage, spatial location and time occurrence of the sequences. The frequency stripes visualization provide, an overview of passing groups frequency on three pitch regions: defense, middle, attack. A trajectory heatmap coordinated with a passing timeline allow, for the exploration of most recurrent passing shapes in temporal and spatial domains. Results show eight common ball trajectories for three-long passing sequences which depend on players positioning and on the angle of the pass. We demonstrate the potential of our approach with data from the Brazilian league under several case studies, and report feedback from a soccer expert.

Algoritmos de detecção de linhas são usados em muitos campos de aplicação, tais como visão computacional e automação como base para análises mais complexas. Por exemplo, a informação de linha pode ser usada como dado de entrada para algoritmos de detecção de objetos ou mesmo para a estimativa da orientação espacial de robôs aéreos. Uma das formas de detectar linhas é através do uso de um processo de filtragem não linear chamado deWide Line Detector (WLD). Esse algoritmo é eficaz na marcação de pixels de linha em imagens em tons de cinza, separando linhas claras ou linhas escuras. Contudo, os algoritmos de detecção de linha não estão normalmente preocupados com a estimativa de largura local individual associada a um pixel. Se disponível, tal informação poderia ser explorada por algoritmos de visão computacional. Além do mais, a informação de cor também é extensivamente usada em visão computacional como um discriminante de objetos, mas o WLD não a usa. Neste Trabalho, nós propusemos a extensão do WLD para imagens em cores. Nós também desenvolvemos um novo kernel monotonicamente crescente que é mais eficiente e mais robusto para detectar linhas do que que os kernels monotonicamente decrescentes usados pelo WLD. Por fim, desenvolvemos uma maneira de obter uma estimativa de largura de linha partindo da densidade local associada a similaridade entre pixels, revertendo o processo usado pelo WLD para estimar qual kernel deve ser usado. Diversos experimentos foram realizados com o método proposto considerando diferentes parâmetros, além da comparação com o WLD tradicional, para analizar a eficácia do método. / Line detection algorithms are used by many application fields, such as computer vision and automation, as a basis for more complex analysis. For instance, line information can be used as input to object detection algorithms or even attitude estimation in flying robots. One way to detect lines is to use an isotropic nonlinear filtering procedure called the Wide Line Detector (WLD). This algorithm is effective to highlight the line pixels in gray scale images, separating dark or bright lines. However, line detection algorithms are not normally concerned with the pixel-wise estimation of thickness. If available, such information could be further explored by computer vision algorithms. Furthermore, color is extensively used in computer vision as an object discriminant, but not by the WLD. In this work, we propose the extension of the WLD to color images. We also develop a method that allows the estimation of the line width locally using only the density information and no border or center line information. Finally, we develop a new monotonically increasing kernel that is more efficient and yet effective to detect lines than the monotonically decreasing kernels used by the WLD. Finally, we devise a way ro obtain the wideline thickness from the density estimate obtained from the similarity between pixels, reverting the process used by the WLD to determine which kernel should be used. We perform several experiments with the proposed method, considering different parameters, and comparing it to the traditional WLD algorithm to assess the effectiveness of the method.