VIEIRA, Roberto César Cavalcante. Geração de personagens virtuais simulando o processo reprodutivo de seres diplóides. 2007. 81 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2007. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-12T16:36:44Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_rccvieira.pdf: 16247883 bytes, checksum: a475b8382433f145cfc9fbc0feb2c480 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-21T16:12:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_rccvieira.pdf: 16247883 bytes, checksum: a475b8382433f145cfc9fbc0feb2c480 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-21T16:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_rccvieira.pdf: 16247883 bytes, checksum: a475b8382433f145cfc9fbc0feb2c480 (MD5) Previous issue date: 2007 / In many Computer Graphics aplications, virtual character are needed, and can be used in animations, educational softwares, as an avatar, chosen to represent an user in a virtual reality application, etc. Usually, the available models is very limited. Therefore, combinations of hair color, cloth texture, and skin color are used to increase the selection space. In this paper, human reproduction is mimicked to produce an unlimited number of characters, which inherit traits from two parents. The meshes of all models are constructed based on control parameters that are distributed as genes among a group of chromosomes. Hence, the implementation consists of a pre-selected distribution of characteristics, represented as control parameters, over a pre-determined number of chromosome pairs for both parents; followed by a simulation of the father’s and mother’s gametes generation; which are randomly combined in a simulated fecundation. The diversity is ensured in three random processes: 1) random exchange of segments during crossover; 2) random alignment of homologous chromosomes at metaphase I of meiosis; and 3) random union of male and female gametes during fecundation. / Em inúmeras aplicações de Computação Gráfica, são necessários personagens virtuais, que podem ser utilizados em animações, aplicações educativas, representação de usuários em aplicações de realidade virtual, etc. Geralmente o número de modelos disponíveis é bastante limitado. Combinações de cor do cabelo, textura da roupa e cor da pele são utilizadas para ampliar as possibilidades de seleção. Neste trabalho, a reprodução humana é simulada para produzir um número ilimitado de personagens, que herdam características dos seus dois ascendentes. As malhas dos modelos são construídas a partir de parâmetros de controle que são distribuídos como genes entre um grupo de cromossomos. Assim, a implementação consiste na distribuição das características, representadas como parâmetros de controle, sobre um número pré-especificado de pares de cromossomos dos pais; seguida pela simulação do processo de geração dos gametas do pai e da mãe, os quais são aleatoriamente combinados através de fecundação simulada. A diversidade é garantida através de três processos aleatórios: 1) a troca aleatória de segmentos durante o crossover que ocorre na prófase I da meiose; 2) o alinhamento aleatório dos cromossomos homólogos durante a metáfase I da meiose; 3) a união aleatória dos gametas masculinos e femininos durante a fecundação.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Many virtual reality applications and games need a large number of virtual characters. Some of these applications require, in addition to quantity, the simulation of kinship and evolution, not only of human character models but also of dierent types of animals, toon models or other creatures. Some applications also require interactions between isolated populations with well-dened ethnic characteristics. The identication of similar traits between individuals of the same family is crucial to providing increased realism to many of these systems. The main diculty in these situations is to generate models automatically, in real time, which are physically similar to a given population or family. Other realistic desirable features are the automatic body variations due to epigenetic factors and the application of facial expressions as the character interacts with the environment. In those cases, the diculty lies in nding a simple mesh adaptation system for dierent creatures with big dierences in shape. In this work, the reproduction of diploid beings is mimicked to produce character models that inherit genetic characteristics from their ancestors, with the possibility to map all genes identifying the origin of each gene. Unlike morphing techniques and other existing approaches, in our method, it is possible for a genetic characteristic from an ancestor to be manifested only after a few generations. After character generation, it is possible to apply custom body variations and facial expressions to the new models. With the same adaptation system used in all methods, it is possible to generate caricatures of characters, inserting a comic atmosphere to the application. With this solution it is possible to create interactive evolution and life-simulation games, genetics educational applications, and many other possibilities. / Muitas aplicaÃÃes de realidade virtual e jogos necessitam de um grande nÃmero de personagens virtuais. Algumas dessas aplicaÃÃes requerem, alÃm da quantidade, a simulaÃÃo de parentesco e evoluÃÃo, nÃo sà de modelos de personagens humanos, mas tambÃm de diferentes tipos de animais, modelos caricaturados ou outras criaturas. Algumas aplicaÃÃes tambÃm requerem interaÃÃes entre populaÃÃes isoladas, com caracterÃsticas Ãtnicas bem definidas. A identificaÃÃo de caracterÃsticas semelhantes entre os indivÃduos de uma mesma famÃlia à fundamental para proporcionar maior realismo a muitos desses sistemas. A principal dificuldade nessas situaÃÃes à gerar modelos automaticamente, em tempo real, que sÃo fisicamente semelhantes a uma dada populaÃÃo ou famÃlia. Outra caracterÃstica de realismo desejÃvel nessas aplicaÃÃes seria a possibilidade de variaÃÃes automÃticas do corpo por fatores epigenÃticos e aplicaÃÃo de expressÃes faciais à medida que o personagem interage com o ambiente. Nesses casos, a dificuldade reside em encontrar um sistema simples de adaptaÃÃo de malha para criaturas com grandes diferenÃas na forma. Nesse trabalho, a reproduÃÃo de seres diploides à simulada para produzir modelos de personagens que herdam caracterÃsticas dos seus ancestrais, com a possibilidade de mapear todos os genes, identificando a origem de cada um deles, e aplicar variaÃÃes corporais e expressÃes faciais aos novos modelos. Com o mesmo sistema de adaptaÃÃo utilizado em todos os mÃtodos à possÃvel gerar caricaturas de personagens, inserindo uma atmosfera de humor à aplicaÃÃo. Com esta soluÃÃo à possÃvel criar jogos interativos de evoluÃÃo e simulaÃÃo de vida, aplicaÃÃes educativas de genÃtica e muitas outras possibilidades. Ao contrÃrio de tÃcnicas de morphing e de outros enfoques existentes, no mÃtodo aqui proposto, à possÃvel que uma caracterÃstica genÃtica de um ancestral se manifeste somente depois de algumas geraÃÃes.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Em inÃmeras aplicaÃÃes de ComputaÃÃo GrÃfica, sÃo necessÃrios personagens virtuais, que podem ser utilizados em animaÃÃes, aplicaÃÃes educativas, representaÃÃo de usuÃrios em aplicaÃÃes de realidade virtual, etc. Geralmente o nÃmero de modelos disponÃveis à bastante limitado. CombinaÃÃes de cor do cabelo, textura da roupa e cor da pele sÃo utilizadas para ampliar as possibilidades de seleÃÃo. Neste trabalho, a reproduÃÃo humana à simulada para produzir um nÃmero ilimitado de personagens, que herdam caracterÃsticas dos seus dois ascendentes. As malhas dos modelos sÃo construÃdas a partir de parÃmetros de controle que sÃo distribuÃdos como genes entre um grupo de cromossomos. Assim, a implementaÃÃo consiste na distribuiÃÃo das caracterÃsticas, representadas como parÃmetros de controle, sobre um nÃmero prÃ-especificado de pares de cromossomos dos pais; seguida pela simulaÃÃo do processo de geraÃÃo dos gametas do pai e da mÃe, os quais sÃo aleatoriamente combinados atravÃs de fecundaÃÃo simulada. A diversidade à garantida atravÃs de trÃs processos aleatÃrios: 1) a troca aleatÃria de segmentos durante o crossover que ocorre na prÃfase I da meiose; 2) o alinhamento aleatÃrio dos cromossomos homÃlogos durante a metÃfase I da meiose; 3) a uniÃo aleatÃria dos gametas masculinos e femininos durante a fecundaÃÃo. / In many Computer Graphics aplications, virtual character are needed, and can be used in animations, educational softwares, as an avatar, chosen to represent an user in a virtual reality application, etc. Usually, the available models is very limited. Therefore, combinations of hair color, cloth texture, and skin color are used to increase the selection space. In this paper, human reproduction is mimicked to produce an unlimited number of characters, which inherit traits from two parents. The meshes of all models are constructed based on control parameters that are distributed as genes among a group of chromosomes. Hence, the implementation consists of a pre-selected distribution of characteristics, represented as control parameters, over a pre-determined number of chromosome pairs for both parents; followed by a simulation of the fatherâs and motherâs gametes generation; which are randomly combined in a simulated fecundation. The diversity is ensured in three random processes: 1) random exchange of segments during crossover; 2) random alignment of homologous chromosomes at metaphase I of meiosis; and 3) random union of male and female gametes during fecundation.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A animaÃÃo de personagens virtuais à uma das Ãreas mais fascinantes em computaÃÃo grÃfica pelo fato de estar diretamente relacionada à manifestaÃÃo de vida em um ambiente virtual. Entretanto, mesmo envolvendo pesquisa em diferentes Ãreas, tais como biomecÃnica, robÃtica, dinÃmica, inteligÃncia artificial e otimizaÃÃo, e sendo bastante incentivada pelas indÃstrias cinematogrÃficas e pelas indÃstrias de jogos, gerar ferramentas de animaÃÃo capazes de produzir locomoÃÃes realistas para personagens arbitrÃrios, de maneira automÃtica, à extremamente difÃcil, e muita pesquisa ainda à necessÃria. Simular a fÃsica presente no mundo real e entender como animais utilizam seus prÃprios aspectos fÃsicos para se locomover à de fundamental importÃncia para animar tais personagens arbitrÃrios de maneira natural, jà que capturar movimentos nem sempre à possÃvel. Particularmente, esse problema se destaca ainda mais quando se deseja gerar locomoÃÃo para animais extintos ou completamente fictÃcios. De fato, à intuitivo que existe alguma relaÃÃo entre a forma de um animal e a maneira como ele se locomove. Por outro lado, gerar locomoÃÃo usando abordagens dinÃmicas à bastante desafiador porque a qualidade visual e o estilo da locomoÃÃo estÃo integralmente associados ao papel bÃsico do controlador em fazÃ-la funcionar. Este trabalho propÃe um mÃtodo de descriÃÃo e de controle de locomoÃÃes, baseado na hipÃtese que animais reais exploram suas estruturas elÃsticas passivas atravÃs de excitaÃÃes internas correspondentes Ãs suas vibraÃÃes naturais de mais baixas frequÃncias, para se locomover de maneira energeticamente eficiente. Disponibilizando uma paleta composta pelos modos naturais de vibraÃÃo do prÃprio personagem simulado, uma interface visual permite que o animador guie a locomoÃÃo final atravÃs da seleÃÃo e da combinaÃÃo interativa dessas vibraÃÃes. A partir do esboÃo da locomoÃÃo fornecido pelo animador, uma otimizaÃÃo baseada em simulaÃÃo à realizada sobre os parÃmetros do controlador a fim de produzir automaticamente uma locomoÃÃo cÃclica e fisicamente correta, considerando o efeito da gravidade e a influÃncia do chÃo. Essa decomposiÃÃo modal da dinÃmica do personagem permite que a locomoÃÃo seja definida em um espaÃo de controle reduzido e dinamicamente independente, o que facilita o processo de otimizaÃÃo. Como resultado, o sistema de animaÃÃo proposto consiste em uma ferramenta Ãtil de controle, capaz de produzir uma grande variedade de estilos de locomoÃÃo para personagens articulados arbitrÃrios, com diferentes morfologias.

NUNES, Rubens Fernandes. Usando vibrações naturais na descrição e no controle de locomoções fisicamente simuladas de personagens articuladas arbitrários. 2012. 160 f. Tese (Doutorado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-20T13:09:03Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_rfnunes.pdf: 9159878 bytes, checksum: 3d0cde019d846958a99bcc7e93559c30 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-25T12:15:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_rfnunes.pdf: 9159878 bytes, checksum: 3d0cde019d846958a99bcc7e93559c30 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T12:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_rfnunes.pdf: 9159878 bytes, checksum: 3d0cde019d846958a99bcc7e93559c30 (MD5) Previous issue date: 2012 / A animação de personagens virtuais é uma das áreas mais fascinantes em computação gráfica pelo fato de estar diretamente relacionada à manifestação de vida em um ambiente virtual. Entretanto, mesmo envolvendo pesquisa em diferentes áreas, tais como biomecânica, robótica, dinâmica, inteligência artificial e otimização, e sendo bastante incentivada pelas indústrias cinematográficas e pelas indústrias de jogos, gerar ferramentas de animação capazes de produzir locomoções realistas para personagens arbitrários, de maneira automática, é extremamente difícil, e muita pesquisa ainda é necessária. Simular a física presente no mundo real e entender como animais utilizam seus próprios aspectos físicos para se locomover é de fundamental importância para animar tais personagens arbitrários de maneira natural, já que capturar movimentos nem sempre é possível. Particularmente, esse problema se destaca ainda mais quando se deseja gerar locomoção para animais extintos ou completamente fictícios. De fato, é intuitivo que existe alguma relação entre a forma de um animal e a maneira como ele se locomove. Por outro lado, gerar locomoção usando abordagens dinâmicas é bastante desafiador porque a qualidade visual e o estilo da locomoção estão integralmente associados ao papel básico do controlador em fazê-la funcionar. Este trabalho propõe um método de descrição e de controle de locomoções, baseado na hipótese que animais reais exploram suas estruturas elásticas passivas através de excitações internas correspondentes às suas vibrações naturais de mais baixas frequências, para se locomover de maneira energeticamente eficiente. Disponibilizando uma paleta composta pelos modos naturais de vibração do próprio personagem simulado, uma interface visual permite que o animador guie a locomoção final através da seleção e da combinação interativa dessas vibrações. A partir do esboço da locomoção fornecido pelo animador, uma otimização baseada em simulação é realizada sobre os parâmetros do controlador a fim de produzir automaticamente uma locomoção cíclica e fisicamente correta, considerando o efeito da gravidade e a influência do chão. Essa decomposição modal da dinâmica do personagem permite que a locomoção seja definida em um espaço de controle reduzido e dinamicamente independente, o que facilita o processo de otimização. Como resultado, o sistema de animação proposto consiste em uma ferramenta útil de controle, capaz de produzir uma grande variedade de estilos de locomoção para personagens articulados arbitrários, com diferentes morfologias.

VIEIRA, Roberto Cesar Cavalcante. Reprodução e manipulação de personagens virtuais. 2012. 173 f. Tese (Doutorado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-20T12:58:57Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_rccvieira.pdf: 30143588 bytes, checksum: 511b1ee55b952226f7674aab036f2abb (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-25T12:10:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_rccvieira.pdf: 30143588 bytes, checksum: 511b1ee55b952226f7674aab036f2abb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T12:10:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_rccvieira.pdf: 30143588 bytes, checksum: 511b1ee55b952226f7674aab036f2abb (MD5) Previous issue date: 2012 / Many virtual reality applications and games need a large number of virtual characters. Some of these applications require, in addition to quantity, the simulation of kinship and evolution, not only of human character models but also of di erent types of animals, toon models or other creatures. Some applications also require interactions between isolated populations with well-de ned ethnic characteristics. The identi cation of similar traits between individuals of the same family is crucial to providing increased realism to many of these systems. The main di culty in these situations is to generate models automatically, in real time, which are physically similar to a given population or family. Other realistic desirable features are the automatic body variations due to epigenetic factors and the application of facial expressions as the character interacts with the environment. In those cases, the di culty lies in nding a simple mesh adaptation system for di erent creatures with big di erences in shape. In this work, the reproduction of diploid beings is mimicked to produce character models that inherit genetic characteristics from their ancestors, with the possibility to map all genes identifying the origin of each gene. Unlike morphing techniques and other existing approaches, in our method, it is possible for a genetic characteristic from an ancestor to be manifested only after a few generations. After character generation, it is possible to apply custom body variations and facial expressions to the new models. With the same adaptation system used in all methods, it is possible to generate caricatures of characters, inserting a comic atmosphere to the application. With this solution it is possible to create interactive evolution and life-simulation games, genetics educational applications, and many other possibilities. / Muitas aplicações de realidade virtual e jogos necessitam de um grande número de personagens virtuais. Algumas dessas aplicações requerem, além da quantidade, a simulação de parentesco e evolução, não só de modelos de personagens humanos, mas também de diferentes tipos de animais, modelos caricaturados ou outras criaturas. Algumas aplicações também requerem interações entre populações isoladas, com características étnicas bem definidas. A identificação de características semelhantes entre os indivíduos de uma mesma família é fundamental para proporcionar maior realismo a muitos desses sistemas. A principal dificuldade nessas situações é gerar modelos automaticamente, em tempo real, que são fisicamente semelhantes a uma dada população ou família. Outra característica de realismo desejável nessas aplicações seria a possibilidade de variações automáticas do corpo por fatores epigenéticos e aplicação de expressões faciais à medida que o personagem interage com o ambiente. Nesses casos, a dificuldade reside em encontrar um sistema simples de adaptação de malha para criaturas com grandes diferenças na forma. Nesse trabalho, a reprodução de seres diploides é simulada para produzir modelos de personagens que herdam características dos seus ancestrais, com a possibilidade de mapear todos os genes, identificando a origem de cada um deles, e aplicar variações corporais e expressões faciais aos novos modelos. Com o mesmo sistema de adaptação utilizado em todos os métodos é possível gerar caricaturas de personagens, inserindo uma atmosfera de humor à aplicação. Com esta solução é possível criar jogos interativos de evolução e simulação de vida, aplicações educativas de genética e muitas outras possibilidades. Ao contrário de técnicas de morphing e de outros enfoques existentes, no método aqui proposto, é possível que uma característica genética de um ancestral se manifeste somente depois de algumas gerações.

[pt] Esta tese apresenta um sistema para geração de expressões faciais dinâmicas sincronizadas com a fala em uma face realista tridimensional. Entende-se por expressões faciais dinâmicas aquelas que variam ao longo do tempo e que semanticamente estão relacionadas às emoções, à fala e a fenômenos afetivos que podem modificar o comportamento de uma face em uma animação. A tese define um modelo de emoção para personagens virtuais falantes, de- nominado VeeM (Virtual emotion-to-expression Model ), proposto a partir de uma releitura e uma reestruturação do modelo do círculo emocional de Plutchik. O VeeM introduz o conceito de um hipercubo emocional no espaço canônico do R4 para combinar emoções básicas, dando origem a emoções derivadas. Para validação do VeeM é desenvolvida uma ferramenta de autoria e apresentação de animações faciais denominada DynaFeX (Dynamic Facial eXpression), onde um processamento de fala é realizado para permitir o sincronismo entre fonemas e visemas. A ferramenta permite a definição e o refinamento de emoções para cada quadro ou grupo de quadros de uma animação facial. O subsistema de autoria permite também, alternativamente, uma manipulação em alto-nível, através de scripts de animação. O subsistema de apresentação controla de modo sincronizado a fala da personagem e os aspectos emocionais editados. A DynaFeX faz uso de uma malha poligonal tridimensional baseada no padrão MPEG-4 de animação facial, favorecendo a interoperabilidade da ferramenta com outros sistemas de animação facial. / [en] This thesis presents a system for generating dynamic facial expressions synchronized with speech, rendered using a tridimensional realistic face. Dynamic facial expressions are those temporal-based facial expressions semanti- cally related with emotions, speech and affective inputs that can modify a facial animation behavior. The thesis defines an emotion model for speech virtual actors, named VeeM (Virtual emotion-to-expression Model ), which is based on a revision of the emotional wheel of Plutchik model. The VeeM introduces the emotional hypercube concept in the R4 canonical space to combine pure emotions and create new derived emotions. In order to validate VeeM, it has been developed an authoring and player facial animation tool, named DynaFeX (Dynamic Facial eXpression), where a speech processing is realized to allow the phoneme and viseme synchronization. The tool allows either the definition and refinement of emotions for each frame, or group of frames, as the facial animation edition using a high-level approach based on animation scripts. The tool player controls the animation presentation synchronizing the speech and emotional features with the virtual character performance. DynaFeX is built over a tridimensional polygonal mesh, compliant with MPEG-4 facial animation standard, what favors tool interoperability with other facial animation systems.