[pt] Esta dissertação de mestrado apresenta um método para simular cenas de mar para TV/Cinema com um grande número de agentes de vários tipos (embarcações, portos, pessoas, ...) para produções com elevado grau de realismo de imagem e comportamento dos agentes. Este método usa modelagem em lógica nebulosa (fuzzy) e programação no sistema MASSIVE de maneira a integrar os resultados com sistemas de rendering e composição de imagens de alta resolução. Um objetivo importante desta dissertação é criar um sistema que facilita o trabalho de modeladores e designers envolvidos no pipeline de produção. / [en] This MSc dissertation presents a method to simulate sea scenes for TV / Film with a large number of agents of various types (vessels, ports, people ...) for productions with a high degree of realism in both image and agent s behavior. This method uses modeling in fuzzy logic and programming in the MASSIVE system as the main approach to integrate the results with rendering systems and high-resolution images composition. An important goal of this dissertation is to create a system that facilitates the work of modelers and designers involved in the production pipeline.

[pt] Um dos grandes desafios da computação gráfica é conseguir representar ambientes virtuais que assemelham-se aos ambientes reais observados pelos seres humanos em seu dia-a-dia. A fim de alcançar essa representação, diversos estudos foram realizados na área de renderização fotorealística e, principalmente, na que diz respeito à modelagem física e representação de fenômenos naturais. Esse estudo propõe explicar e analisar técnicas que representam o fenômeno de dispersão atmosférica; responsável por definir a cor da atmosfera/céu. Para alcançar esse objetivo, serão apresentadas duas técnicas: uma técnica baseada em um modelo físico e outra baseada em um modelo analítico e de aproximações. Esse estudo apresenta os detalhes de cada uma das técnicas e apresenta um comparativo para auxiliar na escolha da técnica de acordo com a necessidade e os requisitos da aplicação que irá representar o fenômeno de dispersão atmosférica. / [en] One of the greatest challenges of computer graphics is to represent virtual environments that resemble real environments observed by humans in their day-to-day. In order to achieve this representation, several studies have been conducted in the area of photorealistic rendering, and especially in regards to physical modelling and representation of natural phenomena. This study aims to explain and analyze techniques that represent the phenomenon of atmospheric scattering; responsible for setting the color of atmosphere/sky. To achieve this goal, two techniques are presented: one based on a physical model and the other based on an analytical model and approximations. This study presents the details of each technique and a comparative to help in choosing the technique according to the need and requirements of the application that will represent the phenomenon of atmospheric scattering.

[pt] O mapeamento de sombras é uma técnica de renderização amplamente utilizada para a geração de sombras de superfícies arbitrárias em tempo real. No entanto, devido a sua natureza amostrada, apresenta dois problemas de difícil resolução: o aspecto chamuscado de objetos e a aparência serrilhada das bordas das sombras. Em particular, o sombreamento de modelos CAD (Computer-Aided Design) apresenta desafios ainda maiores, devido à existência de objetos estreitos com silhuetas complexas e o elevado grau de complexidade em profundidade. Neste trabalho, fazemos uma análise detalhada dos problemas de chamuscamento e serrilhamento, revisando e completando trabalhos de diferentes autores. Apresentamos ainda algumas propostas para melhoria de algoritmos existentes: o alinhamento de amostras independente de programas de vértice, um parâmetro generalizado para o LiSPSM (Light- Space Perspective Shadow Map), e um esquema de particionamento adaptativo em profundidade. Em seguida, investigamos a eficácia de diferentes algoritmos quando aplicados a modelos CAD, avaliando-os em critérios como facilidade de implementação, qualidade visual e eficiência computacional. / [en] Shadow mapping is a widely used rendering technique for shadow generation on arbitrary surfaces. However, because of the limited resolution available for sampling the scene, the algorithm presents two difficult problems to be solved: the incorrect self-shadowing of objects and the jagged appearance of shadow borders, also known as aliasing. Generating shadows for CAD (Computer-Aided Design) models presents additional challenges, due to the existence of many thin complex-silhouette objects and the high depth complexity. In this work, we present a detailed analysis of self-shadowing and aliasing by reviewing and building on works from different authors. We also propose some impromevents to existing algorithms: sample alignment without vertex shaders, a generalized parameter for the LiSPSM (Light-Space Perspective Shadow Map) algorithm, and an adaptive z- partitioning scheme. Finally, we investigate the effectiveness of different algorithms when applied to CAD models, considering ease of implementation, visual quality and computational efficiency.

[pt] Modelagem e renderização baseadas em imagem tem sido uma área de pesquisa muito ativa nas últimas décadas, tendo recebido grande atenção como uma alternativa às técnicas tradicionais de síntese de imagens baseadas primariamente em geometria. Nesta área, algoritmos de visão computacional são usados para processar e interpretar fotos ou vídeos do mundo real a fim de construir um modelo representativo de uma cena, ao passo que técnicas de computação gráfica são usadas para tomar proveito desta representação e criar cenas foto-realistas. O propósito deste trabalho é investigar técnicas de renderização capazes de gerar vistas virtuais de alta qualidade de uma cena, em tempo real. Para garantir a performance interativa do algoritmo, além de aplicar otimizações a métodos de renderização existentes, fazemos uso intenso da GPU para o processamento de geometria e das imagens para gerar as imagens finais. Apesar do foco deste trabalho ser a renderização, sem reconstruir o mapa de profundidade a partir das fotos, ele implicitamente contorna possíveis problemas na estimativa da profundidade para que as cenas virtuais geradas apresentem um nível aceitável de realismo. Testes com dados públicos são apresentados para validar o método proposto e para ilustrar deficiências dos métodos de renderização baseados em imagem em geral. / [en] Image-based modeling and rendering has been a very active research topic as a powerful alternative to traditional geometry-based techniques for image synthesis. In this area, computer vision algorithms are used to process and interpret real-world photos or videos in order to build a model of a scene, while computer graphics techniques use this model to create photorealistic images based on the captured photographs or videos. The purpose of this work is to investigate rendering techniques capable of delivering visually accurate virtual views of a scene in real-time. Even though this work is mainly focused on the rendering task, without the reconstruction of the depth map, it implicitly overcomes common errors in depth estimation, yielding virtual views with an acceptable level of realism. Tests with publicly available datasets are also presented to validate our framework and to illustrate some limitations in the IBR general approach.

[pt] A principal meta da computação gráfica é a síntese de imagens. Essas imagens podem ser tanto geradas por computador quanto ser resultado de manipulação digital de fotografias. Diferentes métodos para captura de imagens e fotografia digital mudaram a importância da imagem digital. Em relação a imagens geradas por computador, a busca por imagens mais realistas é importante para a indústria de filmes, de desenvolvimento de jogos entre outras. Uma das maiores revoluções na computação gráfica atual está relacionada a imagens High Dynamic Range. Essas imagens representam o próximo nível em termos de representação de imagens, uma vez que seus valores são verdadeiramente proporcionais às condições de iluminação em uma cena e são capazes de codificar a dynamic range encontrado no mundo real, fato impossível para as imagens tradicionais que apresentam 24 bits por pixel. Quando imagens high dynamic range são utilizadas para codificar as condições de iluminação em uma cena, elas são chamadas mapas de radiância ou mapas de iluminação. O foco principal dessa dissertação é mostrar técnicas de renderização em tempo real utilizando mapas de iluminação. Técnicas conhecidas como Image Based Lighting. Esse trabalho apresenta os conceitos de imagens high dynamic range, seus fundamentos físicos na teoria da luz, uma série de trabalhos importantes em manipulação dessas imagens e uma discussão sobre o pipeline de aplicações em tempo real que utilizam high dynamic range. Finalmente são apresentadas as técnicas para utilização de mapas de iluminação em alta precisão em tempo real. / [en] In 1997, the seminal work by Paul Debevec and Jitendra Malik on the generation of HDR (High Dynamic Range) images, from ordinary LDR (Low Dynamic Range) cameras, facilitated the generation of light probes enormously. In consequence, this caused a boom of works on the rendering of objects with images of light from the real world, which is known as Image- Based Lighting. The present dissertation aims to study this new area, trying to situate itself in the question of real-time compositing of synthetic objects in real images. This dissertation proposes a real-time rendering pipeline for 3D games, in the simple case of static scenes, adapting the non-real-time technique presented by Paul Debevec in 1998. There is no written work about this adaptation in the literature, although exists some reference to developments done by graphics card manufacturers in this direction. Also this dissertation presents an experiment with diffuse objects. Moreover, the author gives ideas towards the solution of shadow problems for diffuse objects.

[pt] A simulação numérica de reservatório de petróleo é um processo amplamente utilizado na indústria de óleo e gás. O reservatório é representado por um modelo de células hexaédricas com propriedades associadas, e a simulação numérica procura prever o fluxo de fluído dentro do modelo. Especialistas analisam os resultados dessas simulações através da inspeção, num ambiente gráfico interativo, do modelo tridimensional. Neste trabalho, propõe-se um novo algoritmo de corte com preservação de contexto para auxiliar a inspeção do modelo. O principal objetivo é permitir que o especialista visualize o entorno de poços. Os poços representam o objeto de interesse que deve estar visível e o modelo tridimensional (o contexto) é preservado na medida do possível no entorno desses poços. Desta forma, torna-se possível avaliar a variação de propriedades associadas às células na vizinhança do objeto de interesse. O algoritmo proposto explora programação em placa gráfica e é válido para objetos de interesse arbitrários. Propõe-se também uma extensão do algoritmo para que a seção de corte seja desacoplada da câmera, permitindo analisar o modelo cortado de outros pontos de vista. A eficácia do algoritmo proposto é demonstrada através de resultados baseados em modelos reais de reservatório. / [en] Numerical simulation of black oil reservoir is widely used in the oil and gas industry. The reservoir is represented by a model of hexahedral cells with associated properties, and the numerical simulation is used to predict the fluid behavior in the model. Specialists make analysis of such simulations by inspecting, in a graphical interactive environment, the tridimensional model. In this work, we propose a new cutaway algorithm with context preservation to help the inspection of the model. The main goal is to allow the specialist to visualize the wells and their vicinity. The wells represent the object of interest that must be visible while preserving the tridimensional model (the context) in the vicinity as far as possible. In this way, it is possible to visualize the distribution of cell property together with the object of interest. The proposed algorithm makes use of graphics processing units and is valid for arbitrary objects of interest. It is also proposed an extension to the algorithm to allow the cut section to be decoupled from the camera, allowing analysis of the cut model from different points of view. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated by a set of results based on actual reservoir models.

[pt] Os modelos CAD de plantas industriais desempenham um papel importante no gerenciamento de projetos de engenharia. Apesar dos avanços do poder computacional nas últimas décadas, a renderização destes modelos continua sendo um desafio devido à sua complexidade e ao grande volume de dados. Diferentes áreas da computação obtiveram êxito ao adotar serviços na nuvem para processar dados massivos. Contudo, quando se trata de rendering na nuvem, ainda há uma deficiência destes serviços para modelos CAD. Neste trabalho, propomos uma arquitetura de rendering híbrido na nuvem para modelos CAD, dividindo a tarefa de renderização entre o cliente e servidor. Além da diminuição da sobrecarga do servidor, esta abordagem garante ao sistema maior resiliência a variações de latência da rede. Neste trabalho também é introduzido um algoritmo de seleção de carga de trabalho baseada em metaheurística para determinar o conjunto de objetos a ser desenhado no lado do cliente. Nossos resultados demonstram que a metodologia proposta permite a visualização eficiente de modelos CAD massivos mesmo em condições adversas, como clientes com dispositivos limitados e latência alta na conexão. Por fim, discutimos as oportunidades de pesquisa restantes para renderização em nuvem, abrindo caminhos para melhorias futuras. / [en] Industrial-plant CAD models play an important role in engineering project management. Despite the advances in computing power in past decades, rendering these models remains challenging due to their complexity and large data volume. Different areas of computing have succeeded in adopting cloud services to process massive data. However, when it comes to cloud rendering, there is still a lack of cloud rendering services for CAD models. In this paper, we propose a hybrid cloud rendering architecture for CAD models, dividing the rendering task between client and server. In addition to reducing server overhead, this approach affords greater resilience to the system against variations of network latency. Finally, this work also introduces a metaheuristic-based workload selection algorithm to determine the set of objects to be drawn on the client side. Our results demonstrate that the proposed methodology allows efficient visualization of massive CAD models even under adverse conditions such as clients with limited devices and high connection latency. Lastly, we discuss remaining research opportunities for cloud rendering, opening avenues for future improvements.