A simulação de articulações baseada em anatomia, além de melhorar o realismo de animações do corpo humano na área da computação gráfica, tem se tornado uma importante ferramenta no auxílio ao diagnóstico médico e nas estimativas de resultados pósoperatórios, simplificando e melhorando o planejamento cirúrgico. Entretando, para uso efetivo em aplicações médicas, é necessário modelar as articulações de acordo com individualidades de cada paciente. Neste contexto, este trabalho propõe um modelo do conjunto de articulações temporomandibulares (ATMs) baseado em anatomia, modelo esse construído a partir de dados reais que representam a geometria e o movimento mandibular de um paciente normal. A modelagem aqui proposta apresenta uma topologia de duas juntas interdependentes, de maneira que o objeto geométrico que representa a mandíbula é associado a mais de uma junta. O modelo geométrico foi obtido de um indivíduo com ATM normal. O modelo padrão de como a ATM se movimenta é obtido a partir de cinemática inversa aplicada aos pontos da curva incisal capturada do mesmo indivíduo. Para reproduzir o movimento da mandíbula, a simulação trata as colisões entre os ossos da mandíbula e do crânio, facilitando, desta maneira, o entendimento de como forma e função interagem neste complexo sistema. Todas as fases da modelagem foram verificadas usando dados reais. Um modelo como este tem um grande potencial de prover dados úteis para médicos e dentistas realizarem diagnóstico de patologias e planejamento de cirurgias. O modelo foi usado para analisar como a forma e função são relacionadas nos movimentos de depressão e elevação da mandíbula e na mastigação. É apresentada também a aplicação do mesmo modelo de movimento da ATM para diferentes modelos de mandíbulas e maxilas, representando diferentes pessoas e diferentes patologias. Para atingir este objetivo, a malha do crânio padrão foi modificada manualmente para simular patologias conhecidas. Além disso, foram usados dados reais advindos de análises cefalométricas para modificar o modelo geométrico original com o intuito de representar a morfologia de pessoas diferentes sem submetê-las a exames de tomografia. / Beyond improving the realism of human body animation in entertainment graphics applications, the simulation of anatomical joints has become an important tool in aiding medical diagnosis as well as in the estimation of postoperative results, simplifying and improving surgical planning. However, for effective use in such medical applications, it is necessary to model the articulation in accordance with specificities of each patient. In this context, this work proposes a model of the temporomandibular joints (TMJs) set based on anatomy and built from real data representing geometry and movement of a normal patient. The model proposed here presents a topology of interdependent joints in such way that the geometric object that represents the jaw is associated to more than one joint. A geometric model of the skull was obtained from an individual with a normal TMJ. The basic model of how TMJ moves is obtained from inverse kinematics applied to the points of the incisal motion path captured from the same individual. To actually reproduce the movement of the mandible, the simulation treats the collision between the bones of the jaw and skull, facilitating the understanding of how form and function interact in this complex system. All phases of the modeling process were checked using real data. A model like this has a great potential to provide physicians and dentists with useful data for diagnosis and surgery planning. We use our model to analyze how form and function are closely related in the movements of opening and closing the mouth as well as mastication. We also show how the same model of TMJ movement can be applied to different mandible-maxilla models, representing different people and different pathologies. To accomplish that we manually modified the standard skull to simulate different, well-know pathologies but also used real data from cefalometric analysis to tailor our geometric model to represent skull morphology of different people without submitting them to computer tomography exams.

A simulação de articulações baseada em anatomia, além de melhorar o realismo de animações do corpo humano na área da computação gráfica, tem se tornado uma importante ferramenta no auxílio ao diagnóstico médico e nas estimativas de resultados pósoperatórios, simplificando e melhorando o planejamento cirúrgico. Entretando, para uso efetivo em aplicações médicas, é necessário modelar as articulações de acordo com individualidades de cada paciente. Neste contexto, este trabalho propõe um modelo do conjunto de articulações temporomandibulares (ATMs) baseado em anatomia, modelo esse construído a partir de dados reais que representam a geometria e o movimento mandibular de um paciente normal. A modelagem aqui proposta apresenta uma topologia de duas juntas interdependentes, de maneira que o objeto geométrico que representa a mandíbula é associado a mais de uma junta. O modelo geométrico foi obtido de um indivíduo com ATM normal. O modelo padrão de como a ATM se movimenta é obtido a partir de cinemática inversa aplicada aos pontos da curva incisal capturada do mesmo indivíduo. Para reproduzir o movimento da mandíbula, a simulação trata as colisões entre os ossos da mandíbula e do crânio, facilitando, desta maneira, o entendimento de como forma e função interagem neste complexo sistema. Todas as fases da modelagem foram verificadas usando dados reais. Um modelo como este tem um grande potencial de prover dados úteis para médicos e dentistas realizarem diagnóstico de patologias e planejamento de cirurgias. O modelo foi usado para analisar como a forma e função são relacionadas nos movimentos de depressão e elevação da mandíbula e na mastigação. É apresentada também a aplicação do mesmo modelo de movimento da ATM para diferentes modelos de mandíbulas e maxilas, representando diferentes pessoas e diferentes patologias. Para atingir este objetivo, a malha do crânio padrão foi modificada manualmente para simular patologias conhecidas. Além disso, foram usados dados reais advindos de análises cefalométricas para modificar o modelo geométrico original com o intuito de representar a morfologia de pessoas diferentes sem submetê-las a exames de tomografia. / Beyond improving the realism of human body animation in entertainment graphics applications, the simulation of anatomical joints has become an important tool in aiding medical diagnosis as well as in the estimation of postoperative results, simplifying and improving surgical planning. However, for effective use in such medical applications, it is necessary to model the articulation in accordance with specificities of each patient. In this context, this work proposes a model of the temporomandibular joints (TMJs) set based on anatomy and built from real data representing geometry and movement of a normal patient. The model proposed here presents a topology of interdependent joints in such way that the geometric object that represents the jaw is associated to more than one joint. A geometric model of the skull was obtained from an individual with a normal TMJ. The basic model of how TMJ moves is obtained from inverse kinematics applied to the points of the incisal motion path captured from the same individual. To actually reproduce the movement of the mandible, the simulation treats the collision between the bones of the jaw and skull, facilitating the understanding of how form and function interact in this complex system. All phases of the modeling process were checked using real data. A model like this has a great potential to provide physicians and dentists with useful data for diagnosis and surgery planning. We use our model to analyze how form and function are closely related in the movements of opening and closing the mouth as well as mastication. We also show how the same model of TMJ movement can be applied to different mandible-maxilla models, representing different people and different pathologies. To accomplish that we manually modified the standard skull to simulate different, well-know pathologies but also used real data from cefalometric analysis to tailor our geometric model to represent skull morphology of different people without submitting them to computer tomography exams.

A simulação de articulações baseada em anatomia, além de melhorar o realismo de animações do corpo humano na área da computação gráfica, tem se tornado uma importante ferramenta no auxílio ao diagnóstico médico e nas estimativas de resultados pósoperatórios, simplificando e melhorando o planejamento cirúrgico. Entretando, para uso efetivo em aplicações médicas, é necessário modelar as articulações de acordo com individualidades de cada paciente. Neste contexto, este trabalho propõe um modelo do conjunto de articulações temporomandibulares (ATMs) baseado em anatomia, modelo esse construído a partir de dados reais que representam a geometria e o movimento mandibular de um paciente normal. A modelagem aqui proposta apresenta uma topologia de duas juntas interdependentes, de maneira que o objeto geométrico que representa a mandíbula é associado a mais de uma junta. O modelo geométrico foi obtido de um indivíduo com ATM normal. O modelo padrão de como a ATM se movimenta é obtido a partir de cinemática inversa aplicada aos pontos da curva incisal capturada do mesmo indivíduo. Para reproduzir o movimento da mandíbula, a simulação trata as colisões entre os ossos da mandíbula e do crânio, facilitando, desta maneira, o entendimento de como forma e função interagem neste complexo sistema. Todas as fases da modelagem foram verificadas usando dados reais. Um modelo como este tem um grande potencial de prover dados úteis para médicos e dentistas realizarem diagnóstico de patologias e planejamento de cirurgias. O modelo foi usado para analisar como a forma e função são relacionadas nos movimentos de depressão e elevação da mandíbula e na mastigação. É apresentada também a aplicação do mesmo modelo de movimento da ATM para diferentes modelos de mandíbulas e maxilas, representando diferentes pessoas e diferentes patologias. Para atingir este objetivo, a malha do crânio padrão foi modificada manualmente para simular patologias conhecidas. Além disso, foram usados dados reais advindos de análises cefalométricas para modificar o modelo geométrico original com o intuito de representar a morfologia de pessoas diferentes sem submetê-las a exames de tomografia. / Beyond improving the realism of human body animation in entertainment graphics applications, the simulation of anatomical joints has become an important tool in aiding medical diagnosis as well as in the estimation of postoperative results, simplifying and improving surgical planning. However, for effective use in such medical applications, it is necessary to model the articulation in accordance with specificities of each patient. In this context, this work proposes a model of the temporomandibular joints (TMJs) set based on anatomy and built from real data representing geometry and movement of a normal patient. The model proposed here presents a topology of interdependent joints in such way that the geometric object that represents the jaw is associated to more than one joint. A geometric model of the skull was obtained from an individual with a normal TMJ. The basic model of how TMJ moves is obtained from inverse kinematics applied to the points of the incisal motion path captured from the same individual. To actually reproduce the movement of the mandible, the simulation treats the collision between the bones of the jaw and skull, facilitating the understanding of how form and function interact in this complex system. All phases of the modeling process were checked using real data. A model like this has a great potential to provide physicians and dentists with useful data for diagnosis and surgery planning. We use our model to analyze how form and function are closely related in the movements of opening and closing the mouth as well as mastication. We also show how the same model of TMJ movement can be applied to different mandible-maxilla models, representing different people and different pathologies. To accomplish that we manually modified the standard skull to simulate different, well-know pathologies but also used real data from cefalometric analysis to tailor our geometric model to represent skull morphology of different people without submitting them to computer tomography exams.

Orientador: Luiz Marcos Garcia Gonçalves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:15:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_SchubertRibeirode_M.pdf: 2825282 bytes, checksum: 353ef9bd3c20fd58cf381620ea7f7f86 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os problemas de pesquisa mais comuns abordados na literatura sobre Humanos Virtuais são mais relacionados com a inserção e representação destes agentes gráficos no computador. Com o avanço das tecnologias e pesquisas nas áreas de computação gráfica e realidade virtual, novos problemas podem ser tratados, em relação as funcionalidades destes agentes virtuais. Atualmente, um dos principais desafios está associado ao desenvolvimento de humanos virtuais dotados de percepção visual realística. Um problema específico, referente a visão sintética destes agentes, é o controle da atenção, ou seja, definir e prover uma maneira eficiente e natural para que ele mude seu foco de atenção de uma posição corrente para outra no seu ambiente virtual. A coordenação dos movimentos da cabeça do agente, fazendo com que os olhos sejam fixados no objeto desejado, não é considerada uma tarefa trivial e está relacionada com a percepção de profundidade do ambiente. Neste trabalho, propomos um algoritmo de vergência, usado para o controle da atenção de humanos virtuais, onde o parâmetro de profundidade é obtido do Z-buffer. O controle dos movimentos da cabeça do humano virtual é executado com a realização de simples cálculos geométricos e no final do processo de vergência, os olhos são fixados corretamente em qualquer região de interesse do ambiente, passada previamente para o agente virtual / Abstract: Common research problems treated in literature about Virtual Humans are most related with insertion and representation of these graphic agents in computers. With techological advance and new researches in Computer Graphics and Virtual Reality, new problems can have place, related to the funcionality of the virtual agents. Currently, one of the main challenges is associated to development of virtual humans with realistic virtual perception and a specific problem that appears, related to synthetic vision in these agents, is the proper control of attention. That is, to define and provide an efficient and natural manner for it to change attentional focus from a current position to another one in its virtual environrnent. Coordination of head movements by way of fixation of eyes in a desired object is not considered a trivial task, being related to depth perception. In this work, we propose an algorithm for vergence, used for attention control in virtual humans, where the depth parameter is obtained from Z-buffer. Control of virtual human head movements is preformed with simple geometric calculations and at the end of vergence process the eyes are correctly fixed in any interest region of the environment, previously given to the virtual agent / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

No / This volume presents state-of-the-art research from a wide area of subjects brought about by the digital convergence of computing, television, telecommunications and the World-Wide Web. It represents a unique snapshot of trends across a wide range of subjects including virtual environments; virtual reality; telepresence; human-computer interface design; interactivity; avatars; and the Internet. Both researchers and practitioners will find it an invaluable source of reference.

Este trabalho foi elaborado considerando conceitos de quatro áreas de pesquisa: ciência da computação, ciência cognitiva, ciência da informação e comunicação social. A contribuição principal aqui se dá em definir agentes minimamente cognitivos que participam ativamente na dinâmica do fluxo de informações, sofrendo influência das mensagens que recebem e também interferindo no que irá passar adiante. O modelo contempla tanto características relacionadas ao ambiente e sociedade, definidos usando ontologias, quanto à mente, arquitetura e funcionamento dos agentes. Cada personagem possui três módulos de decisão, podendo acessar meios de comunicação em massa, assimilar informações recebidas e também falar com seus amigos. Para o módulo de assimilação, estão apresentadas quatro formas que os agentes podem usar para avaliar as informações que recebem. Primeiramente foi elaborada uma função, depois foram definidas três máquinas de estados finitos, aumentando gradativamente a complexidade e a interdependência entre os parâmetros envolvidos em cada uma. Foi também elaborada uma função adaptativa, a qual a partir de uma regra definida pelo usuário para a troca entre as máquinas de estado que os agentes dispõem, propiciou resultados satisfatórios mesmo nos casos onde alguma das máquinas de estado apresentou deficiências. Visando reproduzir uma situação inspirada na vida real, estão apresentados resultados de uma versão combinada (definida pelo autor) onde foram considerados três grupos e a possibilidade de acesso a meios de comunicação em massa e/ou troca de mensagens entre amigos. Usando o modelo como base, um simulador foi desenvolvido onde é possível ter não só uma visão global da dinâmica que está acontecendo na sociedade, mas também o que alguns agentes ficam sabendo e que podem falar sobre. Os estudos de caso visaram comparar as diferentes formas de assimilação de informações que os agentes podem usar (elaboradas pelo autor), avaliar a influência da variação de alguns parâmetros e reproduzir a dinâmica do fluxo de informações em redes sociais, a comparando com o que acontece quando se tem a divulgação broadcast. / This work was developed considering concepts of four research areas: computer science, cognitive science, information science and social communication. The main contribution here is to define minimally cognitive agents who actively participate in dynamic of information flow interfering on the messages received and are being affected by them. The model consider characteristics related to the environment and the society, defined by using ontologies, and the \"mind\", architecture and functioning of the agents. Each character has three decision modules. They can access means of mass communication, assimilate information received and talk to their friends. To the assimilation module were presented four forms that agents can evaluate received information, a function, and three finite state machines (FSM). They were elaborated increasing the complexity. After, it was developed an adaptive function, in which using a rule the user define how to exchange between the finite state machines that agents have. This function provided satisfactory results even in cases where some of the FSMs presented problems. Aiming to reproduce a situation inspired in real life a combined version was defined by the author, in where were considered three groups that can access means of mass communication and / or talk to their friends. Based on the model, a simulator was developed in which there are not only an overview of the society dynamics, but also what agents learn and what they can talk about. The case studies were performed aiming to compare the different assimilation forms (developed by the author), to evaluate the influence of some parameters variation and to reproduce the dynamics of information flow, comparing the influence of a social network communication and the mass communication activity.

O trabalho reúne características relacionadas aos escopos de pesquisa de Vida e Inteligência Artificial, Ciência Cognitiva, e Realidade Virtual. O objetivo primordial é a concepção de um modelo de comportamento autônomo e adaptativo que permita a interação do personagem virtual num ambiente, mesmo dispondo de informações incertas e vagas. Sob esse intuito o projeto desenvolve a conciliação de recursos para tratarem a idéia de racionalizar sobre tais incertezas, promovendo assim, a capacidade de agir assumindo-se alguns riscos decorrentes desse caráter inexato. Por conseqüência, os humanos virtuais são capazes de observarem o ambiente no qual se situam, apresentarem representações internas e racionalizadas dessas informações incertas, que no trabalho são levantadas como crenças, e ainda tomarem decisões baseadas nessas informações. Através do processo de decisão o personagem é capaz de reavaliar as suas crenças; implicando em um comportamento maduro em decorrência dos procedimentos usados para deliberar e realizar ações em um ambiente virtual. / This work puts together features related to the research areas of Artificial Life, Artificial Intelligence, Cognitive Science and Virtual Reality. The main goal of this work is the conception of an adaptive and autonomous behavior model which alows the interaction, even with uncertain information, between a virtual character and an environment. Therefore, resources are organized to be handled rationally with uncertainties, thus, the ability to act assuming some risks of this inexact aspect are granted. The results enable the virtual humans to observe their environment, to present internal and rationalized representations of this uncertain information, represented in this work as beliefs, and taking decisions based on this information. Through the decision process, the character can re-evaluate its beliefs; which imply in a mature behavior, as a consequence of how procedures are used to deliberate and to perform actions in a virtual environment.

O trabalho reúne características relacionadas aos escopos de pesquisa de Vida e Inteligência Artificial, Ciência Cognitiva, e Realidade Virtual. O objetivo primordial é a concepção de um modelo de comportamento autônomo e adaptativo que permita a interação do personagem virtual num ambiente, mesmo dispondo de informações incertas e vagas. Sob esse intuito o projeto desenvolve a conciliação de recursos para tratarem a idéia de racionalizar sobre tais incertezas, promovendo assim, a capacidade de agir assumindo-se alguns riscos decorrentes desse caráter inexato. Por conseqüência, os humanos virtuais são capazes de observarem o ambiente no qual se situam, apresentarem representações internas e racionalizadas dessas informações incertas, que no trabalho são levantadas como crenças, e ainda tomarem decisões baseadas nessas informações. Através do processo de decisão o personagem é capaz de reavaliar as suas crenças; implicando em um comportamento maduro em decorrência dos procedimentos usados para deliberar e realizar ações em um ambiente virtual. / This work puts together features related to the research areas of Artificial Life, Artificial Intelligence, Cognitive Science and Virtual Reality. The main goal of this work is the conception of an adaptive and autonomous behavior model which alows the interaction, even with uncertain information, between a virtual character and an environment. Therefore, resources are organized to be handled rationally with uncertainties, thus, the ability to act assuming some risks of this inexact aspect are granted. The results enable the virtual humans to observe their environment, to present internal and rationalized representations of this uncertain information, represented in this work as beliefs, and taking decisions based on this information. Through the decision process, the character can re-evaluate its beliefs; which imply in a mature behavior, as a consequence of how procedures are used to deliberate and to perform actions in a virtual environment.

Este trabalho foi elaborado considerando conceitos de quatro áreas de pesquisa: ciência da computação, ciência cognitiva, ciência da informação e comunicação social. A contribuição principal aqui se dá em definir agentes minimamente cognitivos que participam ativamente na dinâmica do fluxo de informações, sofrendo influência das mensagens que recebem e também interferindo no que irá passar adiante. O modelo contempla tanto características relacionadas ao ambiente e sociedade, definidos usando ontologias, quanto à mente, arquitetura e funcionamento dos agentes. Cada personagem possui três módulos de decisão, podendo acessar meios de comunicação em massa, assimilar informações recebidas e também falar com seus amigos. Para o módulo de assimilação, estão apresentadas quatro formas que os agentes podem usar para avaliar as informações que recebem. Primeiramente foi elaborada uma função, depois foram definidas três máquinas de estados finitos, aumentando gradativamente a complexidade e a interdependência entre os parâmetros envolvidos em cada uma. Foi também elaborada uma função adaptativa, a qual a partir de uma regra definida pelo usuário para a troca entre as máquinas de estado que os agentes dispõem, propiciou resultados satisfatórios mesmo nos casos onde alguma das máquinas de estado apresentou deficiências. Visando reproduzir uma situação inspirada na vida real, estão apresentados resultados de uma versão combinada (definida pelo autor) onde foram considerados três grupos e a possibilidade de acesso a meios de comunicação em massa e/ou troca de mensagens entre amigos. Usando o modelo como base, um simulador foi desenvolvido onde é possível ter não só uma visão global da dinâmica que está acontecendo na sociedade, mas também o que alguns agentes ficam sabendo e que podem falar sobre. Os estudos de caso visaram comparar as diferentes formas de assimilação de informações que os agentes podem usar (elaboradas pelo autor), avaliar a influência da variação de alguns parâmetros e reproduzir a dinâmica do fluxo de informações em redes sociais, a comparando com o que acontece quando se tem a divulgação broadcast. / This work was developed considering concepts of four research areas: computer science, cognitive science, information science and social communication. The main contribution here is to define minimally cognitive agents who actively participate in dynamic of information flow interfering on the messages received and are being affected by them. The model consider characteristics related to the environment and the society, defined by using ontologies, and the \"mind\", architecture and functioning of the agents. Each character has three decision modules. They can access means of mass communication, assimilate information received and talk to their friends. To the assimilation module were presented four forms that agents can evaluate received information, a function, and three finite state machines (FSM). They were elaborated increasing the complexity. After, it was developed an adaptive function, in which using a rule the user define how to exchange between the finite state machines that agents have. This function provided satisfactory results even in cases where some of the FSMs presented problems. Aiming to reproduce a situation inspired in real life a combined version was defined by the author, in where were considered three groups that can access means of mass communication and / or talk to their friends. Based on the model, a simulator was developed in which there are not only an overview of the society dynamics, but also what agents learn and what they can talk about. The case studies were performed aiming to compare the different assimilation forms (developed by the author), to evaluate the influence of some parameters variation and to reproduce the dynamics of information flow, comparing the influence of a social network communication and the mass communication activity.

When people do an easy task, and another person is nearby, they tend to do that task better than when they are alone. Conversely, when people do a hard task, and another person is nearby, they tend to do that task less well than when they are alone. This phenomenon is referred to in the social psychology literature as "social facilitation" (the name derives from the "good" side of the effect). Different theories have been proposed to explain this effect. The present study investigated whether people respond to a virtual human the same way they do to a real human. Participants were given different tasks to do that varied in difficulty. The tasks involved anagrams, mazes, modular arithmetic, and the Tower of Hanoi. They did the tasks either alone, in the company of another person, or in the company of a virtual human on a computer screen. As with a human, virtual humans produced the social facilitation effect: for easy tasks, performance in the virtual human condition was better than in the alone condition, and for difficult tasks, performance in the virtual human condition was worse than in the alone condition. Implications for the design of instructional systems as well as other systems involving human-computer interactions are discussed.