Os métodos de controle de movimento em animação baseados em Física, e utilizados em Computação Gráfica, tem como objetivo simular o comportamento de objetos de acordo com as leis físicas que governam o mundo virtual adotado. Este trabalho utiliza a dinâmica de corpos rígidos como método de controle de movimento em animação por computador aplicada a movimentos e colisões de corpos rígidos não-articulados. O trabalho também apresenta uma metodologia para projeto e implementação de simulações gráficas com o objetivo de estabelecer relações entre modos de interação e os mecanismos de abstração necessários em ambientes de simulação. A principal vantagem da utilização da Mecânica newtoniana esta no fato de que ela garante o realismo dos movimentos e colisões. Associados a cada objeto devem estar os seguintes atributos físicos: centro de massa, massa total, momento de inércia e, eventualmente, a elasticidade do material. A partir de um estado inicial (velocidade linear, posição, velocidade angular e orientação) e de estímulos iniciais sobre os objetos (forças e torques), o sistema determina a evolução do estado dinâmico inicial ao longo de um dado intervalo de tempo. Para produzir o movimento dos corpos, são resolvidos sistemas de equações diferenciais de primeira ordem utilizando métodos numéricos. O tratamento de colisões de corpos rígidos envolve a detecção da colisão e contato entre objetos e a determinação das forças de contato entre os mesmos. A estratégia utilizada para a colisão considera que num determinado instante de tempo existe apenas um ponto de contato entre dois objetos. As superfícies dos objetos são representadas por uma grade de pontos conectados para formar polígonos. Existem dois tipos de estratégias para se detectar o ponto de contato entre dois objetos: o ponto de contato resultante da intersecção do vértice das arestas de um objeto com a face poligonal de outro objeto e o resultante da intersecção da aresta de um objeto com a face poligonal de um outro objeto. A análise de impacto, para resolver a dinâmica, utiliza um método analítico que preserva os momentos linear e angular durante a colisão e resulta em novas velocidades linear e angular para cada corpo rígido. Este tratamento de colisões permite ao sistema de animação realizar, em tempo de simulação, um controle automático da restrição de que dois corpos rígidos, ao colidirem, não podem se interpenetrar. Tal tratamento automático, em geral, não realizado pelos sistemas de animação por computador atualmente existentes. O trabalho apresenta o protótipo desenvolvido para validar as soluções dadas aos problemas de determinação do movimento e detecção de colisões, assim como sua aplicação na produção de suas seqüência animadas. São comentadas, também, as extensões do presente trabalho, decorrentes da abordagem dada ao problema da simulação do comportamento fundamental de corpos rígidos num dado mundo virtual a qual permite a incorporação de outras características aos objetos: elasticidade, para modelagem de deformações, e articulações, para produção de movimentos articulados com diferentes graus de liberdade. / The goal of the motion control methods used in Computer Graphics for physically based animation is to simulate the behavior of objects according to physical laws that govern a certain virtual world. This work uses rigid body dynamics as a motion control method for animation applied to motions and collisions of non-articulated rigid bodies. In addition, the work presents a methodology for the design and implementation of graphical simulation systems with the aim of providing relationships among interaction modes and abstraction mechanisms for a variety of applications. The principal advantage in using Newtonian Mechanics is that it keeps the realism of motions and collisions. Physical attributes must be associated with objects: center of mass, mass, moment of inertia, and sometimes, elasticity of the materials. Given an initial state (linear velocity, position, angular velocity, and orientation) and initial stimuli applied to the objects (forces and torques), the system determines the evolution of the dynamic state along a determinate time interval. The motion description is obtained using numerical solutions of sets of first order differential equations. The treatment of collisions of rigid bodies involves detecting collision and contact between objects and determining the contact forces present between contacting objects. The strategy used to treat collisions takes into account that there is just one contact point between two objects. The surfaces of objects are represented by a grid of connecting points forming polygons. There are two kinds of strategies to detect the contact point between two objects: the contact point resulting of intersecting the vertices of the edges of an object with the polygonal face of another one and that resulting of intersecting the edges of an object with the polygonal face of another one. The analysis of impact, to resolve the dynamic, uses an analytical method that preserves the linear and angular moments during the collision, finding a new linear and angular velocity for each rigid body. This treatment of collision allows the animation system to provide, at simulation time, an automatic control of the restriction that there is no interpenetration between two rigid bodies when they colide. This automatic treatment in general is not provided by existing computer animation systems. The work presents the prototype developed for validating the solutions given to the problems of motion control and collisions treatment, as well as its application in the production of animated sequences. The text ends with comments on extension of the present work from the approach given to the problem of simulating the behavior of objects in a certain virtual world allowing the incorporation of other characteristics to the objects: elasticity, to model deformations, and articulations, for the production of articulated movements with different degrees of freedom.

The goal of this dissertation is to create a supporting characters director model for Interactive Storytelling, trying to enrich the drama of the generated stories . Supporting characters also relates to the running time of Interactive Storytelling stories. A story with only the major events is unlikely to have a long duration. When looking at films and novels, there are a number of side events and supporting characters to increase the drama of the story. In Interactive Storytelling systems nowadays supporting characters is a subject rarely treated, and thus the stories cannot have a longer duration. In this dissertation it is defined a supporting characters director to the Interactive Storytelling System Logtell, explaining in detail the integration process and what steps that were taken to increase the drama and realism in generated stories. / O objetivo desta dissertação é criar um modelo de Diretor para personagens figurantes em Narrativa Interativa, buscando enriquecer a dramatização e aumentar o realismo das estórias geradas. A atuação dos personagens figurantes se relaciona também ao tempo de duração das estórias interativas. Uma estória apenas com eventos principais dificilmente terá uma longa duração. Ao observar filmes e novelas, nota-se que existem uma série de eventos secundários e personagens figurantes para aumentar a dramatização da estória. Nos sistemas de Narrativa interativa, atualmente, personagens figurantes é um tema pouco explorado, consequentemente, as estórias não conseguem ter um tempo de duração similares ao que ocorrem em filmes e novelas. Nesta dissertação, é definido um diretor de personagens figurantes para o sistema de Narrativa Interativa Logtell, detalhando os problemas e facilidades para inserção dos personagens figurantes nos cenários das estórias, explicando os passos e as soluções encontradas para aumentar o tempo de dramatização e realismo nas estórias.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-21Bitstream added on 2014-06-13T19:52:45Z : No. of bitstreams: 1 sampaio_lo_me_rcla.pdf: 533743 bytes, checksum: 1f78f7619ff737c7a562c7e85ab08f79 (MD5) / Este trabalho discorre sobre uma experiência com alunos de uma disciplina de Estatística para Administração. Com os quais realizamos, extraclasse, trabalhos via Modelagem Matemática a distância: um ambiente virtual de aprendizagem, onde os alunos foram convidados a investigar a realidade por meio da Estatística. Deste ambiente emergiu o termo ciberespaço de interação: todo encontro online com o objetivo de discutir e encaminhar atividades de Modelagem. Nesta pesquisa, o objetivo principal foi utilizar o ambiente de Modelagem Matemática a distância na tentativa de criar condições para estes alunos desenvolverem uma Educação Estatística Crítica (EEC). Nesta linha, a Modelagem além de envolver investigações da realidade, trata-se de um ambiente onde os alunos ganham um amplo espaço para discussões, o que nos proporcionou identificar uma forma de desencadear reflexões: a partir das discussões que surgiram nos ciberespaços de interação. Sendo assim, estudamos a natureza das discussões e as categorizamos da seguinte maneira: Discussões Matemáticas, Discussões Reflexivas, Discussões Técnicas; Discussões Paralelas; e as novas ramificações identificadas nesta pesquisa: Discussões Paralelas Matemáticas, Discussões Paralelas Reflexivas, Discussões Paralelas Técnicas e Outras Discussões Paralelas. Diante disto, observamos que as Discussões Reflexivas e as Discussões Paralelas Reflexivas, são as que mais colaboram para o desenvolvimento de uma EEC / This paper discusses an experience with students of the discipline of Statistics Administration. With which we performed, extracurricular, work via Mathematical Modeling in the distance: a virtual learning environment where students were invited to explore reality through the Mathematics and / or Statistics. From this environment emerged the term cyberspace interaction: every encounter online in order to discuss and forward modeling activities. In this research, the main objective was to use the environment for Mathematical Modeling at a distance in an attempt to create conditions for these students develop a Critical Education Statistics (CES). In this line, besides involving modeling investigations of reality, this is an environment where students gain a wide space for discussion, which provided us identify ways to stimulate reflections: from the discussions that have emerged in cyberspace interaction. Therefore, we studied the nature of the discussions and categorized as follows: Mathematical Discussion, Reflective Discussion, Technical Discussion, Discussion Parallels, and new branches identified in this research: Discussion Parallel Mathematics, Parallel Reflective Discussion, Discussion Technical Parallel and Other Discussion Parallel . It gave this classification and analysis on them, we see the Discussion Reflective and Reflective Discussion Parallels, are the most contribute to the development of a CES

A transição entre a modernidade e a pós-modernidade tem se caracterizado por um uso cada vez mais intensivo da imagem como meio de transmissão de mensagens. Povoadas por imagens, as cidades também representam a si mesmas de forma visual, comportando-se, de forma análoga ao mundo corporativo, como entidades em busca de crescimento econômico e atração de investimentos. O objetivo desse estudo é investigar quais são os referentes visuais de Pelotas, Rio Grande do Sul, através da análise das representações construídas sobre a cidade, que ficaram registradas através de imagens. Foi realizada uma pesquisa qualitativa que abrangeu livros, cartões postais, websites, folders, símbolos e logotipos produzidos entre os anos de 2000 e 2006, que constituem um “cartão de visitas” da cidade dos dias atuais.Também realizamos, entre os meses de abril e junho de 2007, entrevistas com 20 indivíduos residentes em Pelotas, onde se procurou identificar quais as imagens mais presentes no imaginário local. Foi observada, no relato dos entrevistados, a existência de uma “cidade do imaginário” cujos limites diferem da cidade real e cuja centralidade é representada pela Praça Coronel Pedro Osório e o seu entorno; o predomínio de um universo visual identificado com o período do apogeu econômico do município e de seus efeitos (entre 1860 e 1920) como representação principal da cidade para os seus habitantes; e o amadurecimento de uma cultura de preservação do patrimônio histórico e arquitetônico, cujo impulso decisivo foi a instalação do Programa Monumenta do Governo Federal, em 2002, e a lei que permite a isenção do IPTU dos imóveis inventariados, em 2005. / The transition between modernity and post modernity has been characterized by a more and more intensive use of the image as a way of transmitting messages. Full of images, the cities also represent themselves through a visual way; they behave in an analogous way to the corporative world, as entities searching for the economic growth and for attraction of investments. The goal of this study is to investigate which are the visual references in Pelotas, Rio Grande do Sul, through the analyses of the representations constructed in the city, which got registered through the images. Our source included books, post cards, websites, folders, symbols and logotypes produced between 2000 and 2006, which consist in a "visit card" of the city nowadays. We also conducted interviews with 20 Pelotas citizens between April and June of 2007, in which we tried to identify the most present images in the local imaginarium. It was observed through the statements from the interviewers the existence of a “city of the imaginarium” whose limits are different from the real city and the centrality is represented by Coronel Pedro Osório Square and its proximities; the strong presence of a visual universe identified to the period of economical peak of the city and of its effects between 1860 and 1920, as the main representation of the city to its inhabitants; and the evolution of a preservation culture of the historical and architectonical heritage, where the decisive impulse was the installation of the Monumenta Program from Federal Government, in 2002, and the law of 2005 that permits the exoneration of property taxes of all buildings inventoried.

Considerações de informação perceptual têm ganhado espaço rapidamente em pesquisas referentes a representação, análise e exibição de malhas. Estudos com usuários, eye tracking e outras técnicas são capazes de fornecer informações cada vez mais úteis para sistemas voltados a usuário, que formam a maioria das aplicações em computação gráfica. Neste trabalho nós expandimos sobre o conceito de Saliência de Malhas — uma medida automática de importância visual para malhas de triângulos baseada em modelos de atenção humana em baixo nível — melhorando, extendendo e realizando integração com diferentes aplicações. Nós extendemos o conceito de Saliência de Malhas para englobar objetos deformáveis, mostrando como um mapa de saliência em nível de vértice pode ser construído capturando corretamente regiões de alta importância perceptual através de um conjunto de poses ou deformações. Nós definimos saliência multi-pose como um agregado multi-escala de valores de curvatura sobre uma vizinhança localmente estável, em conjunto com deformações desta vizinhança em múltiplas poses. Nós substituímos distância Euclideana por geodésica, assim fornecendo melhores estimativas de vizinhança local. Resultados mostram que saliência multi-pose gera resultados visualmente mais interessantes em simplificações quando comparado à saliência em uma única pose. Nós também aplicamos saliência de malhas ao problema de segmentação e rendering dependente de ponto de vista, introduzindo uma técnica para segmentação que particiona um objeto em um conjunto de clusters, cada um englobando um grupo de características localmente interessantes. Saliência de malhas é incorporada em um framework para clustering propagativo, guiando seleção de pontos de partida para clusters e custos de propagação de faces, levando a uma convergência de clusters ao redor de características perceptualmente importantes. Nós comparamos nossa técnica com diferentes métodos automáticos para segmentação, mostrando que ela fornece segmentação melhor ou comparável sem necessidade de intervenção do usuário. Uma vez que o algoritmo de segmentação proposto é especialmente aplicável a rendering multi-resolução, nós ilustramos uma aplicação do mesmo através de um sistema de rendering baseado em ponto de vista guiado por saliência, alcançando melhorias consideráveis em framerate com muito pouca perda de qualidade visual. / Considerations on perceptual information are quickly gaining importance in mesh representation, analysis and display research. User studies, eye tracking and other techniques are able to provide ever more useful insights for many user-centric systems, which form the bulk of computer graphics applications. In this work we build upon the concept of Mesh Saliency — an automatic measure of visual importance for triangle meshes based on models of low-level human visual attention—improving, extending and integrating it with different applications. We extend the concept of Mesh Saliency to encompass deformable objects, showing how a vertex-level saliency map can be constructed that accurately captures the regions of high perceptual importance over a range of mesh poses or deformations. We define multipose saliency as a multi-scale aggregate of curvature values over a locally stable vertex neighborhood together with deformations over multiple poses. We replace the use of the Euclidean distance by geodesic distance thereby providing superior estimates of the local neighborhood. Results show that multi-pose saliency generates more visually appealing mesh simplifications when compared to a single-pose mesh saliency. We also apply Mesh Saliency to the problem of mesh segmentation and view-dependent rendering, introducing a technique for segmentation that partitions an object into a set of face clusters, each encompassing a group of locally interesting features. Mesh Saliency is incorporated in a propagative mesh clustering framework, guiding cluster seed selection and triangle propagation costs and leading to a convergence of face clusters around perceptually important features. We compare our technique with different fully automatic segmentation algorithms, showing that it provides similar or better segmentation without the need for user input. Since the proposed clustering algorithm is specially suitable for multi-resolution rendering, we illustrate application of our clustering results through a saliency-guided view-dependent rendering system, achieving significant framerate increases with little loss of visual detail.

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

Técnicas de visualização de informações multidimensionais têm o potencial de auxiliar na análise visual e exploração de grandes conjuntos de dados, através do emprego de mecanismos que buscam tanto representar visualmente os dados quanto permitir ao usuário a interação com estas representações. Neste contexto, diversas técnicas têm sido desenvolvidas, muitas delas sem uma avaliação detalhada e aprofundada tanto de eficiência como de utilidade no suporte às necessidades dos usuários. Contudo, há relativamente pouco tempo começaram a ser publicados trabalhos abordando as diversas questões relacionadas à avaliação de usabilidade de sistemas ou das aplicações que implementam estas técnicas como forma de promover sua eficiente e efetiva utilização. A avaliação de usabilidade de interfaces de sistemas de visualização representa um desafio de pesquisa uma vez que elas apresentam significativas diferenças com relação a outros tipos de interface. Neste sentido, existe uma carência de sistematização (incluindo o uso de métodos e técnicas de avaliação de usabilidade) que explore e considere as características deste tipo de interface de maneira adequada. Esta tese investiga soluções viáveis para o desenvolvimento de uma abordagem sistemática para avaliação de usabilidade de técnicas de visualização de informações multidimensionais e apresenta as seguintes soluções ao problema em estudo: 1) determinação de uma taxonomia de tarefas específica relacionada ao uso de visualizações multidimensionais no processo de análise de dados e 2) adaptação de técnicas e métodos de avaliação de usabilidade, com o objetivo de torná-los mais efetivos ao contexto de sistemas de visualização de informações multidimensionais. / Multidimensional visualization techniques have the potential of supporting the visual analysis and exploration of large datasets, by means of providing visual representations and interaction techniques which allow users to interact with the data through their graphical representation. In this context, several techniques have been developed, most of them being reported without a broad and deep evaluation both regarding their efficiency and utility in supporting users tasks. Few years ago, thus quite recently, several works have been published reporting many issues related to the evaluation of visualization systems and applications, as a means of promoting their efficiency and effective use. In spite of these works, the usability evaluation of visualization systems’ graphical interfaces remains a challenge because of the significant differences between these interfaces and those of other systems. This way, there is a need of finding a systematic approach for such evaluations, including the definition of which usability methods and techniques are best suited for this kind of interfaces. This thesis reports our investigation of viable solutions for the development of a systematic approach for the usability evaluation of multidimensional information visualizations. We have conducted several case studies and experiments with users and have achieved the following contributions: 1) a taxonomy of visualization tasks, that is related to the use of interactive visualization techniques for the exploration and analysis of multidimensional datasets and 2) adaptation of usability evaluation techniques with the goal of making them more effective in the context of multidimensional information visualizations.

Esta tese trata da contextualização da geometria descritiva como sistema de representação na arquitetura. Desenvolve-se a partir da desconstrução da Géométrie descriptive de Gaspard Monge, publicada em 1799, acompanhando a exposição de seu autor desde o conteúdo da capa até a sua última página, de onde são destacadas partes a serem estudadas entre os textos, desenhos e a própria apresentação da obra. Desconstruir a teoria mongeana apresenta-se relevante neste estudo por investigar sobre as lições dadas por Monge em 1799, que coexistem até o momento com outras representações, entretanto sem um questionamento e entendimento epistemológico. Considerando que existem distorções na exposição original das lições mongeanas em obras subseqüentes à Géométrie descriptive e que conceitos de representação determinam limites de compreensão do espaço que implicam na própria arquitetura, este estudo dá abertura de resignificação à teoria original de Monge no ensino de arquitetura. / This thesis is about the descriptive geometry contextualization as an Architecture representation system. It was developed after Gaspard Monge’s Géométrie descriptive deconstruction, published in 1799, accompanying its author exposition since its cover content until its last page, form where parts are detached to be studied among the texts, draws and the own handiwork presentation. To deconstruct Monge’s theory is relevantly presented in this study for investigate Monge’s lessons taught in 1799 that coexists until this moment with different representations, without any question and epistemology understanding. Considering that there are distortions in the original Monge lessons exposition in Géométrie descriptive following handiwork and that its representation concepts determinate limits to the space comprehension that imply the Architecture itself, this study gives opening to Monge’s original theory resignification in the Architecture teaching.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a classificação de imagens digitais através da textura com o auxílio de redes neurais. São utilizadas técnicas e conceitos de duas áreas da Informática: O Processamento de Imagens Digitais e a Inteligência Artificial. São apresentados os principais tópicos de processamento de imagens, as principais aplicações em tarefas industriais, reconhecimento de padrões e manipulação de imagens, os tipos de imagem e os formatos de armazenamento. São destacados os atributos da imagem a textura e sua quantificação através da matriz de concorrência dos níveis de cinza. Também apresenta-se alguns sistemas computacionais disponíveis para processamento de imagens. Na área de Inteligência Artificial, o enfoque é para técnicas computacionais inteligentes, mais especificamente as Redes Neurais. É feita uma breve apresentação da área, incluindo seu histórico e suas principais aplicações. As redes neurais são classificadas quanto ao tipo de treinamento, à regra de aprendizado, à topologia da rede e quanto ao tipo de interconexão dos neurônios. O modelo BPN (BackPropagation Network) é visto com maior detalhe, visto ser utilizado na implementação do sistema IMASEG (Sistema para Classificação de Imagens) que faz parte desse trabalho. O BPN é descrito quanto ao seu funcionamento, a forma de aprendizado e as respectivas equações utilizadas. O sistema IMASEG foi desenvolvido com o objetivo de implementar as técnicas propostas para a classificação de imagens utilizando textura e redes neurais. Seu funcionamento e algoritmos utilizados são detalhados e ao final, apresenta-se os resultados obtidos com a respectiva análise. A classificação de imagens é uma das principais etapas no processamento de imagens digitais. Dado um conjunto de classes e um padrão apresentado como entrada para o sistema, o problema consiste em decidir a que classe o padrão pertence. Deve haver a alternativa de rejeição do padrão. Podemos extrair da imagem atributos espectrais, espaciais e de contexto. Por serem mais facilmente quantificáveis, a maioria dos sistemas tradicionais utiliza apenas atributos espectrais para caracterizar uma imagem. Essa abordagem é muito utilizada em imagens multiespectrais. Entretanto, utilizando apenas atributos espectrais, não se obtém uma informação completa sobre a imagem, pois não são levados em consideração as relações espaciais entre seus pixels, bem como a forma de objetos. A textura, atributo espacial, é ainda pouco utilizada, visto que tem origem na sensação visual causada pelas variações tonais existentes em uma determinada região da imagem, tornando difícil sua quantificação. Neste trabalho, é feito um estudo sobre a utilização dos atributos espaciais da imagem no seu processamento. É feita uma análise do comportamento de cinco deles: média, desvio-padrão, uniformidade, entropia e contraste, todos extraídos de janelas pertencentes à uma classe. A uniformidade, entropia e contraste provém da matriz de concorrência dos níveis de cinza. Através do cálculo do valor desses atributos em diversas imagens, constata-se que existem algumas importantes relações entre eles. A partir da análise dos diferentes modelos de redes neurais e das diversas formas de quantificar a textura de uma imagem, é proposto um sistema computacional com o objetivo de classificar imagens. Esse sistema faz o processamento das imagens através de uma janela móvel. O usuário deve escolher o tamanho para a janela: 3x3, 5x5 ou 7x7 pixels. Essa escolha irá depender do tipo e da granularidade da textura que a imagem contém. Em seguida, utilizando a janela, deve selecionar amostras representativas de cada textura (classe) presente na imagem que se deseja classificar. O sistema então, encarrega-se de treinar a rede neural utilizando as amostras selecionadas pelo usuário. Para realizar o treinamento, é necessário encontrar uma forma de mapear os dados da realidade para a rede neural. Essa tarefa nem sempre é trivial. Nesse sistema, são propostas duas abordagens para realizar essa tarefa. Na primeira, o mapeamento é feito através do cálculo das feições da média, desvio-padrão e uniformidade, sendo esse último obtido da matriz de concorrência. Essas feições, após um escalonamento para a mesma faixa de valores, serão os parâmetros de entrada para a rede neural. Na segunda abordagem, o mapeamento é direto, ou seja, o valor de cada pixel, após o escalonamento, corresponde a uma entrada da rede neural. Após a etapa de treinamento, a imagem é processada por inteiro, fazendo-se uma varredura com a janela, gerando como saída uma imagem temática na qual cada tema representa uma das texturas existentes na imagem original. Para testar o sistema IMASEG, foram geradas várias imagens sintéticas com 256 níveis de cinza. Deste total, foram selecionadas 6 imagens para serem apresentadas nesse trabalho. Elas são representativas das diversas situações que podem ocorrer em relação aos valores da média, desvio-padrão e uniformidade. Cada imagem original é processada pelas duas abordagens, gerando duas imagens de saída. É feita uma análise quantitativa e qualitativa dos resultados obtidos, apontando-se as prováveis causas de sucessos e problemas encontrados. Conclui-se que a classificação por textura atinge o objetivo proposto e é muito útil no processamento de imagens, levando-se em consideração os bons resultados obtidos. / This paper is a study about the classification of digital images through texture with the aid of neural networks. The techniques and concepts from the field of Computer Science employed are: Digital Images Processing and Artificial Intelligence. The focus in Image Processing is on its main application in industrial tasks. pattern recognition and image manipulation, the types of images and the storing formats. The specific aspects analyzed are image attributes, texture and its quantification through the Coocurrence Matrix. Several available computing systems for image classification are presented. In Artificial Intelligence, the attention is concentrated on intelligent computational systems, more specifically on the neural networks which are briefly introduced. The subject's historical data and its main application are also addressed. The neural networks are classified according to the type of training, the learning rules, the network topology and the interconnection of neurones. The BPN model (Back Propagation Network) is examined more closely since it is employed in the implementation of the IMASEG system (classifying images system) which is part of this study. The BPN system is described in according to its functioning capacities, the learning method and the respective equations utilized. The IMASEG system was developed with the specific aim of implementing the techniques of image classification. Throughout the paper, the system's operation and related algorithms are presented to the reader, as well as the results obtained and the analysis performed provided in the end of the paper The image classification is one of the principal steps for the processing of digital images. It consists to decide of which class the pattern belong. It can refuse the pattern. We can extract spectral, spatial and contextual image's attributes. Because they are easily quantified, a major part of the traditional systems of image processing employ only the spectral attributes to work the images and are, therefore, extensively used in the processing of multispectral images. However, the exploration of ima ges through spectral attributes is not enough to provide a complete recognition of the image since information such as spatial relations among its pixels as well as the form of objects are not taken into consideration. The use of image processing with spatial attributes is also considered in this paper. Texture is still not a commonly employed attribute. This is due to the fact that its based on visual sensation which is produced by the existing tonal variations of a specific image region, making its quantification a difficult task to perform. A behavior analysis of the spatial attributes under consideration in this paper are the following: mean, standard deviation, uniformity, entropy and contrast. These five attributes were all taken from windows belonging to a single class. Uniformity, entropy and contrast are issued from the gray level coocurrence matrix. Via a calculation of the value of these attributes is observed that there is an important relationship among them. This paper proposes a system of image classification based on the analysis of different models of neural networks and also through the analysis of the diverse ways of quantifying the texture of an image. This system performs the image processing through a shifting window. Then, the user must choose the window's size from among the following dimensions: 3x3, 5x5 or 7x7 pixels. The choice will vary depending on the type and on the image's texture granularity. The selection of meaningful samples of each texture (class) present in the image one wishes to classify is the next step in the process. The system, then, is in charge of training the neural networks by applying the user's selected samples. In order to perform the training, it is necessary to first establish a way of mapping the data reality to the neural network, oftentimes a difficult task. In this system two approaches are proposed for the execution of this task. In the first, the mapping is done through the calculation of the mean, standard deviation and uniformity features. The last item is obtained from the coocurrence matrix. After these features have been scaled to the same value band, they will become the input to the neural networks. In the second approach, it is expected that the neural network will be able to extract textures attributes without executing an explicit calculation exercise. After the training phase, the image is completely processed through a window scanning generatin g a thematic image as the output onto which each theme will represent one of the texture's original image. In order to verify the adequacy of the IMASEG system, several synthetical graylevel images were created. Of these, 7 images were chosen as objects for this analysis, representing the various possible situations that might occur in relation to the average, standard deviation and uniformity. Each original image is processed in according with these two chosen approaches, thus generating two images as outputs, as well as a quantitative and qualitative analysis of the obtained results, pointing to the probable successes and failures generated. The final conclusion is that the classification through texture partially attains the proposed objectives and can be very useful in the processing of images, serving as an aid in the traditional classification process.

Os métodos de controle de movimento em animação baseados em Física, e utilizados em Computação Gráfica, tem como objetivo simular o comportamento de objetos de acordo com as leis físicas que governam o mundo virtual adotado. Este trabalho utiliza a dinâmica de corpos rígidos como método de controle de movimento em animação por computador aplicada a movimentos e colisões de corpos rígidos não-articulados. O trabalho também apresenta uma metodologia para projeto e implementação de simulações gráficas com o objetivo de estabelecer relações entre modos de interação e os mecanismos de abstração necessários em ambientes de simulação. A principal vantagem da utilização da Mecânica newtoniana esta no fato de que ela garante o realismo dos movimentos e colisões. Associados a cada objeto devem estar os seguintes atributos físicos: centro de massa, massa total, momento de inércia e, eventualmente, a elasticidade do material. A partir de um estado inicial (velocidade linear, posição, velocidade angular e orientação) e de estímulos iniciais sobre os objetos (forças e torques), o sistema determina a evolução do estado dinâmico inicial ao longo de um dado intervalo de tempo. Para produzir o movimento dos corpos, são resolvidos sistemas de equações diferenciais de primeira ordem utilizando métodos numéricos. O tratamento de colisões de corpos rígidos envolve a detecção da colisão e contato entre objetos e a determinação das forças de contato entre os mesmos. A estratégia utilizada para a colisão considera que num determinado instante de tempo existe apenas um ponto de contato entre dois objetos. As superfícies dos objetos são representadas por uma grade de pontos conectados para formar polígonos. Existem dois tipos de estratégias para se detectar o ponto de contato entre dois objetos: o ponto de contato resultante da intersecção do vértice das arestas de um objeto com a face poligonal de outro objeto e o resultante da intersecção da aresta de um objeto com a face poligonal de um outro objeto. A análise de impacto, para resolver a dinâmica, utiliza um método analítico que preserva os momentos linear e angular durante a colisão e resulta em novas velocidades linear e angular para cada corpo rígido. Este tratamento de colisões permite ao sistema de animação realizar, em tempo de simulação, um controle automático da restrição de que dois corpos rígidos, ao colidirem, não podem se interpenetrar. Tal tratamento automático, em geral, não realizado pelos sistemas de animação por computador atualmente existentes. O trabalho apresenta o protótipo desenvolvido para validar as soluções dadas aos problemas de determinação do movimento e detecção de colisões, assim como sua aplicação na produção de suas seqüência animadas. São comentadas, também, as extensões do presente trabalho, decorrentes da abordagem dada ao problema da simulação do comportamento fundamental de corpos rígidos num dado mundo virtual a qual permite a incorporação de outras características aos objetos: elasticidade, para modelagem de deformações, e articulações, para produção de movimentos articulados com diferentes graus de liberdade. / The goal of the motion control methods used in Computer Graphics for physically based animation is to simulate the behavior of objects according to physical laws that govern a certain virtual world. This work uses rigid body dynamics as a motion control method for animation applied to motions and collisions of non-articulated rigid bodies. In addition, the work presents a methodology for the design and implementation of graphical simulation systems with the aim of providing relationships among interaction modes and abstraction mechanisms for a variety of applications. The principal advantage in using Newtonian Mechanics is that it keeps the realism of motions and collisions. Physical attributes must be associated with objects: center of mass, mass, moment of inertia, and sometimes, elasticity of the materials. Given an initial state (linear velocity, position, angular velocity, and orientation) and initial stimuli applied to the objects (forces and torques), the system determines the evolution of the dynamic state along a determinate time interval. The motion description is obtained using numerical solutions of sets of first order differential equations. The treatment of collisions of rigid bodies involves detecting collision and contact between objects and determining the contact forces present between contacting objects. The strategy used to treat collisions takes into account that there is just one contact point between two objects. The surfaces of objects are represented by a grid of connecting points forming polygons. There are two kinds of strategies to detect the contact point between two objects: the contact point resulting of intersecting the vertices of the edges of an object with the polygonal face of another one and that resulting of intersecting the edges of an object with the polygonal face of another one. The analysis of impact, to resolve the dynamic, uses an analytical method that preserves the linear and angular moments during the collision, finding a new linear and angular velocity for each rigid body. This treatment of collision allows the animation system to provide, at simulation time, an automatic control of the restriction that there is no interpenetration between two rigid bodies when they colide. This automatic treatment in general is not provided by existing computer animation systems. The work presents the prototype developed for validating the solutions given to the problems of motion control and collisions treatment, as well as its application in the production of animated sequences. The text ends with comments on extension of the present work from the approach given to the problem of simulating the behavior of objects in a certain virtual world allowing the incorporation of other characteristics to the objects: elasticity, to model deformations, and articulations, for the production of articulated movements with different degrees of freedom.