Estruturas de informações organizadas hierarquicamente estão presentes em muitas áreas. Pode-se citar como exemplos diagramas organizacionais, árvores genealógicas, manuais, estruturas de diretórios, catálogos de bibliotecas, etc. Na última década, várias técnicas têm sido desenvolvidas a fim de permitir a navegação em espaços de informações organizados dessa forma. Essas técnicas buscam proporcionar uma melhor percepção de alguns atributos ou fornecer mecanismos de interação adicionais que vão além da tradicional navegação com barras de rolagem ou câmeras 3D em visualização bi e tridimensional, respectivamente. Dentre as várias alternativas de representação utilizadas nas diversas técnicas para dados hierárquicos destacam-se dois grandes grupos: as que utilizam a abordagem de preenchimento do espaço e as baseadas em diagramas de nodos e arestas. Na primeira o espaço disponível para a representação da estrutura é subdividido recursivamente, de forma que cada subárea representa um nodo da hierarquia. Na segunda, os nodos são representados por figuras geométricas e os relacionamentos, por linhas. Outro critério utilizado para classificá-las é a estratégia que cada uma aplica para exibir os detalhes presentes na estrutura. Algumas técnicas utilizam o método Foco+Contexto de modo a fornecer uma representação visual inteira do espaço de informações, bem como uma visão detalhada de itens selecionados na mesma área de exibição. Outras utilizam a abordagem Visão Geral+Detalhe que possui a característica de exibir essas duas partes (conjunto total e subconjunto de interesse) em áreas separadas. O objetivo do presente trabalho é investigar a integração dessas duas abordagens a partir da proposta da técnica Bifocal Tree. Esta estrutura utiliza um diagrama de nodos e arestas e incorpora os conceitos existentes na abordagem Foco+Contexto guardando, porém uma divisão mais perceptível da visão de contexto e de detalhe. Ela introduz o uso de um segundo foco proporcionando duas áreas de visualização onde são exibidos dois sub-diagramas conectados entre si. Um corresponde à subárvore que contém o trecho da estrutura de interesse do usuário, enquanto o outro representa o contexto da hierarquia visualizada. Possui ainda alguns mecanismos de interação a fim de facilitar a navegação e a obtenção das informações exibidas na estrutura. Experimentos baseados em tarefas realizadas por usuários com a Bifocal Tree, o Microsoft Windows Explorer e o browser MagniFind foram utilizados para a avaliação da técnica demonstrando suas vantagens em algumas situações.

Estruturas de informações organizadas hierarquicamente estão presentes em muitas áreas. Pode-se citar como exemplos diagramas organizacionais, árvores genealógicas, manuais, estruturas de diretórios, catálogos de bibliotecas, etc. Na última década, várias técnicas têm sido desenvolvidas a fim de permitir a navegação em espaços de informações organizados dessa forma. Essas técnicas buscam proporcionar uma melhor percepção de alguns atributos ou fornecer mecanismos de interação adicionais que vão além da tradicional navegação com barras de rolagem ou câmeras 3D em visualização bi e tridimensional, respectivamente. Dentre as várias alternativas de representação utilizadas nas diversas técnicas para dados hierárquicos destacam-se dois grandes grupos: as que utilizam a abordagem de preenchimento do espaço e as baseadas em diagramas de nodos e arestas. Na primeira o espaço disponível para a representação da estrutura é subdividido recursivamente, de forma que cada subárea representa um nodo da hierarquia. Na segunda, os nodos são representados por figuras geométricas e os relacionamentos, por linhas. Outro critério utilizado para classificá-las é a estratégia que cada uma aplica para exibir os detalhes presentes na estrutura. Algumas técnicas utilizam o método Foco+Contexto de modo a fornecer uma representação visual inteira do espaço de informações, bem como uma visão detalhada de itens selecionados na mesma área de exibição. Outras utilizam a abordagem Visão Geral+Detalhe que possui a característica de exibir essas duas partes (conjunto total e subconjunto de interesse) em áreas separadas. O objetivo do presente trabalho é investigar a integração dessas duas abordagens a partir da proposta da técnica Bifocal Tree. Esta estrutura utiliza um diagrama de nodos e arestas e incorpora os conceitos existentes na abordagem Foco+Contexto guardando, porém uma divisão mais perceptível da visão de contexto e de detalhe. Ela introduz o uso de um segundo foco proporcionando duas áreas de visualização onde são exibidos dois sub-diagramas conectados entre si. Um corresponde à subárvore que contém o trecho da estrutura de interesse do usuário, enquanto o outro representa o contexto da hierarquia visualizada. Possui ainda alguns mecanismos de interação a fim de facilitar a navegação e a obtenção das informações exibidas na estrutura. Experimentos baseados em tarefas realizadas por usuários com a Bifocal Tree, o Microsoft Windows Explorer e o browser MagniFind foram utilizados para a avaliação da técnica demonstrando suas vantagens em algumas situações.

Técnicas de visualização volumétrica direta propiciam a geração de imagens de alta qualidade já que se baseiam na amostragem do volume de dados original. Tal característica é particularmente importante na área da Medicina, onde imagens digitais de dados volumétricos devem ganhar maior importância como meio de apoio à tomada de decisão por parte dos médicos. No entanto, a geração de imagens com melhor qualidade possível acarreta um alto custo computacional, principalmente em relação ao algoritmo de ray casting, onde a qualidade de imagens depende de um maior número de amostras ao longo do raio fato este refletido no tempo de geração. Assim, a utilização de tais imagens em ambientes interativos é muitas vezes inviabilizada e, para a redução do custo computacional, é necessário abdicar parcialmente da qualidade da imagem. O conceito de qualidade é altamente subjetivo, e sua quantificação está fortemente relacionada à tarefa para qual a imagem está destinada. Na área da Medicina, imagem de boa qualidade é aquela que possibilita ao médico a análise dos dados através da sua representação visual, conduzindo-o a um diagnóstico ou prognóstico corretos. Nota-se que é necessário, então, avaliar a qualidade da imagem em relação a uma determinada tarefa a partir de critérios e métricas subjetivas ou objetivas. A maior parte das métricas objetivas existentes medem a qualidade de imagens com base no cálculo da diferença de intensidade dos pixels, fator que pode não ser suficiente para avaliar a qualidade de imagens do ponto de vista de observadores humanos. Métricas subjetivas fornecem informação mais qualificada a respeito da qualidade de imagens, porém são bastante custosas de serem obtidas. De modo a considerar tais aspectos, o presente trabalho propõe uma métrica objetiva que procura aproximar a percepção humana ao avaliar imagens digitais quanto à qualidade apresentada. Para tanto, emprega o operador gradiente de Sobel (enfatização de artefatos) e o reconhecimento de padrões para determinar perda de qualidade das imagens tal como apontado por observadores humanos. Os resultados obtidos, a partir da nova métrica, são comparados e discutidos em relação aos resultados providos por métricas objetivas existentes. De um modo geral, a métrica apresentada neste estudo procura fornecer uma informação mais qualificada do que métricas existentes para a medida de qualidade de imagens, em especial no contexto de visualização volumétrica direta. Este estudo deve ser considerado um passo inicial para a investigação de uma métrica objetiva mais robusta, modelada a partir de estudos subjetivos.

Técnicas de visualização volumétrica direta propiciam a geração de imagens de alta qualidade já que se baseiam na amostragem do volume de dados original. Tal característica é particularmente importante na área da Medicina, onde imagens digitais de dados volumétricos devem ganhar maior importância como meio de apoio à tomada de decisão por parte dos médicos. No entanto, a geração de imagens com melhor qualidade possível acarreta um alto custo computacional, principalmente em relação ao algoritmo de ray casting, onde a qualidade de imagens depende de um maior número de amostras ao longo do raio fato este refletido no tempo de geração. Assim, a utilização de tais imagens em ambientes interativos é muitas vezes inviabilizada e, para a redução do custo computacional, é necessário abdicar parcialmente da qualidade da imagem. O conceito de qualidade é altamente subjetivo, e sua quantificação está fortemente relacionada à tarefa para qual a imagem está destinada. Na área da Medicina, imagem de boa qualidade é aquela que possibilita ao médico a análise dos dados através da sua representação visual, conduzindo-o a um diagnóstico ou prognóstico corretos. Nota-se que é necessário, então, avaliar a qualidade da imagem em relação a uma determinada tarefa a partir de critérios e métricas subjetivas ou objetivas. A maior parte das métricas objetivas existentes medem a qualidade de imagens com base no cálculo da diferença de intensidade dos pixels, fator que pode não ser suficiente para avaliar a qualidade de imagens do ponto de vista de observadores humanos. Métricas subjetivas fornecem informação mais qualificada a respeito da qualidade de imagens, porém são bastante custosas de serem obtidas. De modo a considerar tais aspectos, o presente trabalho propõe uma métrica objetiva que procura aproximar a percepção humana ao avaliar imagens digitais quanto à qualidade apresentada. Para tanto, emprega o operador gradiente de Sobel (enfatização de artefatos) e o reconhecimento de padrões para determinar perda de qualidade das imagens tal como apontado por observadores humanos. Os resultados obtidos, a partir da nova métrica, são comparados e discutidos em relação aos resultados providos por métricas objetivas existentes. De um modo geral, a métrica apresentada neste estudo procura fornecer uma informação mais qualificada do que métricas existentes para a medida de qualidade de imagens, em especial no contexto de visualização volumétrica direta. Este estudo deve ser considerado um passo inicial para a investigação de uma métrica objetiva mais robusta, modelada a partir de estudos subjetivos.

[pt] As Técnicas de visualização volumétrica apresentam dois clássicos problemas computacionais: necessidade de longo tempo de execução e grande consumo de memória. A popularização das aplicações distribuídas tem despertado um crescente interesse no tratamento dos problemas de grande consumo de memória. Esse problema é fundamental também para garantir o acesso às técnicas de visualização volumétrica em máquinas com pequena capacidade de memória. Nesta tese, propomos um método para a compressão de dados volumétricos baseado na utilização da transformada do cosseno local.Esse método é apropiado ao desenvolvimento de técnicas de visualização volumétrica basedas na estrutura do dado comprimido.A transformada do cosseno local apresenta a capacidade de possibilitar altas taxas de compressão com a minimização do erro de reconstrução, possibilitando a reconstrução local do volume. Neste trabalho, são apresentados os resultados obtidos com a compressão de volumes reais, estimando a influência dos parâmetros dométodo de compressão, investigando as possibilidades de adptação da partição do volume às suas características de frequencias e estimando a capacidade de compressão e os erros introduzidos neste processo.

[pt] Este trabalho descreve um método para a visualização de terrenos e objetos por meio da combinação de dois algoritmos, um para terrenos e um para objetos. Nosso propósito é gerar, eficaz e rapidamente, imagens aéreas de um terreno com objetos como casas, veículos e linhas de transmissão e assim permitir um vôo simulado. Para os objetos, descritos por linhas e polígonos, é usado o algoritmo de Z-Buffer; para o terreno, descrito através de mapas de alturas, é usado o algoritmo de lançamento de raios aperfeiçoado, chamado de algoritmo de Horizonte Flutuante.

[pt] O crescimento cada vez mais acelerado da produção de dados e a decorrente necessidade de explorá-los a fim de se obter respostas para as mais variadas perguntas têm promovido o desenvolvimento de ferramentas que visam a facilitar a manipulação e a construção de gráficos. Essas visualizações devem permitir explorar os dados de maneira efetiva, comunicando as informações com precisão e possibilitando um maior ganho de conhecimento. No entanto, construir boas visualizações de dados não é uma tarefa trivial, uma vez que pode requerer um grande número de decisões que, em muitos casos, exigem certa experiência por parte de seu projetista. Visando a facilitar o processo de exploração de conjuntos de dados através da construção de visualizações, nós desenvolvemos a ferramenta VisMaker, que utiliza um conjunto de regras para construir as visualizações consideradas mais apropriadas para um determinado conjunto de variáveis. Além de permitir que o usuário defina visualizações através do mapeamento entre variáveis e dimensões visuais, o VisMaker apresenta recomendações de visualizações organizadas através de perguntas construídas com base nas variáveis selecionadas pelo usuário, objetivando facilitar a compreensão das visualizações recomendadas e auxiliando o processo exploratório. Para a avaliação do Vis- Maker, nós realizamos dois estudos comparando-o com o Voyager 2, uma ferramenta de propósito similar existente na literatura. O primeiro estudo teve foco na resolução de perguntas enquanto que o segundo esteve voltado para a exploração de dados em si. Nós analisamos alguns aspectos da utilização das ferramentas e coletamos os comentários dos participantes, através dos quais pudemos identificar vantagens e desvantagens da abordagem de recomendação que propusemos, levantando possíveis melhorias para esse tipo de ferramenta. / [en] The increasingly rapid growth of data production and the consequent need to explore them to obtain answers to a wide range of questions have promoted the development of tools to facilitate the manipulation and construction of data visualizations. These tools should allow users to effectively explore data, communicate information accurately, and enable more significant knowledge gain through data. However, building useful data visualizations is not a trivial task: it may involve a large number of decisions that often require experience from their designer. To facilitate the process of exploring datasets through the construction of visualizations, we developed VisMaker, a software tool which uses a set of rules to determine appropriate visualizations for a certain selection of variables. In addition to allowing the user to define visualizations by mapping variables onto visualization channels, VisMaker presents visualization recommendations organized through questions constructed based on the variables selected by the user, trying to facilitate the understanding of the visualization recommendations and assisting the exploratory process. To evaluate VisMaker, we carried out two studies comparing it with another tool that exists in the literature, one aimed at solving questions and the other at data exploration. We analyzed some aspects of the use of the tools. We collected feedback from the participants, through which we were able to identify the advantages and disadvantages of the recommendation approach we proposed, raising possible improvements for this type of tool.

[pt] Neste trabalho apresentamos o design e implementação de visualização distribuída e colaboração para um visualizador 3D imersivo. Começamos apresentando, em um alto nível de abstração, nosso design de um visualizador genérico. O design segue a abordagem MVC, isolando todos os objetos de negócios na camada de baixo da aplicação para torná-la modular e extensível, permitindo assim a mais fácil prototipagem de funcionalidades e isolamento de algoritmos complexos da lógica de negócios. Este design como solução surgiu da necessidade real de um visualizador de implementação monolítica, cuja manutenção e aprimoramento se encontravam com alta complexidade devido à mistura entre a lógica de aplicação e os diversos algoritmos de visualização e distribuição. Esperamos que nosso design possa ser reutilizado como inspiração para outros visualizadores que queiram reduzir a complexidade e o custo do desenvolvimento de novas funcionalidades de negócios. Sobre este design, então, apresentamos o design e implementação detalhados de um módulo que provê visualização distribuída e colaboração para o visualizador. Este módulo é não intrusivo porque não requer qualquer mudança na arquitetura da aplicação, e esta pode se tornar distribuída apenas pela inclusão do módulo. Este módulo serve como prova de conceito para o nosso design, por solucionar um problema clássico de distribuição e sincronismo em um visualizador de maneira transparente para a lógica de negócios. Ainda implementamos um visualizador exemplo com este design e nele conectamos o módulo proposto, onde verificamos ambos o sincronismo da visualização distribuída e a consistência da colaboração entre múltiplos nós, avaliamos também o impacto no desempenho causado pela visualização distribuída. / [en] In this work, we present the design and implementation of distributed visualization and collaboration for a, immersive 3D visualizer. We start by presenting, on a high abstraction level, our design of a generic visualizer. The design follows an MVC approach, isolating all the business objects in the lowest level of the application, making it modular and extensible, therefore providing an easier prototyping of functionality and the isolation of complex business logic algorithms. This design as a solution came from the real necessity of a visualizer with a monolithic implementation, whose maintainability and improvement are impaired due to a high complexity because of the coupling between the business logic and the diverse visualization and distribution algorithms. Our hope is that our design can be reused as an inspiration for other visualizers that wish to reduce the complexity and cost of the development of new business functionality. On top of this design, then, we present the detailed design and implementation of a module that provides distributed visualization and collaboration to the visualizer. This module is non intrusive because it requires no changes to the application architecture, and the application can become distributed just by the inclusion of the module. This module serves as a proof of concept for our design as it solves a classic problem of distribution and synchronism in a visualizer in a way that is transparent to the business logic. Also, we implemented an example visualizer with our design and our proposed module, where we veried both the synchronism of the distributed visualization and the consistency of the collaboration among multiple nodes, we also evaluated the performance impact caused by the distributed visualization.

[pt] Este trabalho tem como objetivo apresentar um ambiente computacional integrado para a simulação e visualização tridimensional da dinâmica de veículos, o SVDV. O ambiente está dividido em três módulos: interface gráfica, simulação e visualização gráfica. O módulo de interface, desenvolvido em Visual Basic, gerencia os bancos de dados e serve como ligação entre os módulos de simulação e visualização gráfica. O módulo de simulação permite a inclusão de diferentes modelos de dinâmica de veículos, estando disponíveis atualmente modelos em Matlab/Simulink, Visual C++ e MS Excel. O módulo de visualização gráfica faz uso da poderosa linguagem de programação Maxscript, que emprega scripts do 3D Studio Max (3DS Max). Com esta linguagem é possível incluir inúmeros efeitos de iluminação, texturização e modelagem, disponíveis no 3DS Max, garantindo um elevado grau de realismo na visualização da simulação. / [en] This work presents na integrated computational system for the simulation and visualization of vehicular dynamics, SVDV. The system is divided in three modules: graphics interface, simulation and graphics visualization. The interface module, developed in Visual Basic, manages the databases and behaves as a link between the simulation and visualization modules. The simulation module allows the inclusion of different vehicular dynamics models. At the present stage there are models developed in Matlab/Simulink, Visual C++ and MS Excel. The graphics visualization module makes use of the powerful Maxscript programming language, a script language from 3D Studio Max (3DS Max). Hence, it is possible to incorporate a variety of illumination and texture effects and also modeling techniques from 3DS Max, thus guaranteeing a realistic visualization.

Com o aperfeiçoamento de técnicas de aquisição de imagens médicas, como, por exemplo, a tomografia computadorizada e ressonância magnética, a capacidade e a fidelidade do diagnóstico por imagens foram ampliadas. Atualmente, existe a tendência de utilizarem-se imagens através de diversas modalidades para um único diagnóstico, principalmente no caso de doenças graves. Entretanto, o registro e a fusão dessas imagens, chamadas mutimodais, em uma única representação 3D do paciente é uma arefa extremamente dif[icil, que consome tempo e que está sujeita a erros. Sendo assim, a integração de imagens de diferentes modalidades tem sido objeto de pesquisa sob a denominação de Visualização de Volumes de Dados Multimodais. Sistemas desenvolvidos com este objetivo são usados, principalmente, para combinar informações metabólicas e funcionais com dados de anatomia, aumentando a precisão do diagnóstico, uma vez que possibilitam extrrair uma superfície ou região da imagem que apresenta a anatomia, e, então, observar a atividade funcional na outra modalidade. Durante a análise de tais imagens, os médicos estão interessados e quantificar diferentes estruturas. Seusobjetivos envolvem, por exemplo, a visualização de artérias e órgãos do corpo humano para análise de patologias, tais como tumores, má-formações artério-venosas, ou lesões em relação às estuturas que as circundam. Assim, um dos principais obetivos de um algoritmo de visualização volumétrica é permitir a identificação e exploração de estruturas internas no volume. Como o volume é normalmente um "bloco de dados", não se pode visualizar o seu interior, a menos que se assuma que é possível ver através de voxels transparentes, ou que é possivel remover voxels que estão na frente na qual o usuário está interessado, o que foi feito através de técnicas de segmentação ou de corte. Este trabalho presenta uma abordagem para a visualização de estruturas internas em volumes de dados multimodais. A abordagem está fundamentada na utilização de ferramentas de corte, tanto geométricas quanto baseadas em conteúdo, evitando, assim, o uso de técnicas de segmentação; e na integração dos dados multimodais na etapa de acumulação de pipeline de visualização volumétrica. Considerando que as aplicações que suportam este tipo de visualização envolvem a integração de várias ferramentas, tais como registro, corte e visualização, também é apresentado o projeto de um framework que permite esta integração e um alto grau de interação com usuário. Para teste e validação das técnicas de visualização de estruturas internas propostas e do algoritmo desenvolvido, que consiste numa extensão do algoritmo de ray casting tradicional, foram implementadas algumas classes desse framework. Uma revisão baseada na análise e na classificação das ferramentas de corte e funções de transferências, que correspondem a técnicas que permitem visualizar estruturas internas, também é apresentada.