Avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagem em modelos de animação gráfica para web : uma nova abordagem baseada em complexidade de Kolmogorov

Este trabalho versa sobre a avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagens e animações usando-se complexidade de Kolmogorov, simulação de máquinas e distância de informação. Complexidade de Kolmogorov é uma teoria da informação e da aleatoriedade baseada na máquina de Turing. No trabalho é proposto um método para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica usando-se simulação de máquinas. Também definimos formalmente compressão de dados com perdas e propomos a aplicação da distância de informação como uma métrica de qualidade de imagem. O desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica para web é útil, a medida que as páginas na web estão sendo cada vez mais enriquecidas com animações, som e vídeo, e a economia de banda de canal tornase importante, pois os arquivos envolvidos são geralmente grandes. Boa parte do apelo e das vantagens da web em aplicações como, por exemplo, educação à distância ou publicidade, reside exatamente na existência de elementos multimídia, que apoiam a idéia que está sendo apresentada na página. Como estudo de caso, o método de comparação e avaliação de modelos de animação gráfica foi aplicado na comparação de dois modelos: GIF (Graphics Interchange Format) e AGA (Animação Gráfica baseada em Autômatos finitos), provando formalmente que AGA é melhor que GIF (“melhor” significa que AGA comprime mais as animações que GIF). Foi desenvolvida também uma definição formal de compressão de dados com perdas com o objetivo de estender a metodologia de avalição apresentada Distância de informação é proposta como uma nova métrica de qualidade de imagem, e tem como grande vantagem ser uma medida universal, ou seja, capaz de incorporar toda e qualquer medida computável concebível. A métrica proposta foi testada em uma série de experimentos e comparada com a distância euclidiana (medida tradicionalmente usada nestes casos). Os resultados dos testes são uma evidência prática que a distância proposta é efetiva neste novo contexto de aplicação, e que apresenta, em alguns casos, resultados superiores ao da distância euclidiana. Isto também é uma evidência que a distância de informação é uma métrica mais fina que a distância euclidiana. Também mostramos que há casos em que podemos aplicar a distância de informação, mas não podemos aplicar a distância euclidiana. A métrica proposta foi aplicada também na avaliação de animações gráficas baseadas em frames, onde apresentou resultados melhores que os obtidos com imagens puras. Este tipo de avaliação de animações é inédita na literatura, segundo revisão bibliográfica feita. Finalmente, neste trabalho é apresentado um refinamento à medida proposta que apresentou resultados melhores que a aplicação simples e direta da distância de informação.

Resultados preliminares de um sistema de topografia de grande-ângulo usando videoceratógrafo com discos de Plácido

OBJETIVO: Desenvolver a instrumentação e o "software" para topografia de córnea de grande-ângulo usando o tradicional disco de Plácido. O objetivo é permitir o mapeamento de uma região maior da córnea para topógrafos de córnea que usem a técnica de Plácido, fazendo-se uma adaptação simples na mira. MÉTODOS: Utilizando o tradicional disco de Plácido de um topógrafo de córnea tradicional, 9 LEDs (Light Emitting Diodes) foram adaptados no anteparo cônico para que o paciente voluntário pudesse fixar o olhar em diferentes direções. Para cada direção imagens de Plácido foram digitalizadas e processadas para formar, por meio de algoritmo envolvendo elementos sofisticados de computação gráfica, um mapa tridimensional completo da córnea toda. RESULTADOS: Resultados apresentados neste trabalho mostram que uma região de até 100% maior pode ser mapeada usando esta técnica, permitindo que o clínico mapeie até próximo ao limbo da córnea. São apresentados aqui os resultados para uma superfície esférica de calibração e também para uma córnea in vivo com alto grau de astigmatismo, mostrando a curvatura e elevação. CONCLUSÃO: Acredita-se que esta nova técnica pode propiciar a melhoria de alguns processos, como por exemplo: adaptação de lentes de contato, algoritmos para ablações costumizadas para hipermetropia, entre outros.

Estudo experimental da influência da atividade muscular da face sobre o esqueleto da mesoestrutura facial em coelhos

A partir do conceito da matriz funcional, surgiu a hipótese de que são os tecidos moles atuando sobre determinada peça óssea que determinam o processo de crescimento facial. A possibilidade de modificar a influência muscular, seja na fase de desenvolvimento facial, seja em pós-operatórios de cirurgia corretiva é de grande importância preventiva e deveria ser mais bem investigada, uma vez que poderia subtrair o número e magnitude destes procedimentos. DESENHO DO ESTUDO: Experimental em coelhos. OBJETIVO: Estimar a relevância da atividade muscular sobre o esqueleto facial, em coelhos de experimentação, durante sua fase de desenvolvimento facial. MATERIAL E MÉTODO: Foram estudados 37 coelhos de 2 meses de idade, divididos em grupo de estudo e grupo controle e seguidos por um período de 4 meses. Os animais do grupo de estudo tiveram seus nervos faciais seccionados no seu ramo cervical unilateralmente. O esqueleto da mesoestrutura facial era retirado para estudo morfométrico por programa de computação gráfica em fotografias digitalizadas realizadas nas peças. Os resultados obtidos sofreram análise estatística comparativa. CONCLUSÃO: Ausência de atividade muscular em uma metade da face produz desvio lateral da mesoestrutura facial para o mesmo lado em coelhos em desenvolvimento.

Aceleração GPU da animação de superfícies deformáveis

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Malhas de polígonos para simulação de tecidos baseadas em regiões afins

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Simulação da profundidade de campo

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Video-­‐monitorization system for a realistic driving simulator

Nos últimos anos, o ISEP em colaboração com a FEUP e outras Universidades, criou um simulador realista de condução chamado DRIS, que tem como objectivo ajudar em trabalhos de investigação de diferentes áreas, como engenharia civil, computação gráfica, psicologia, educação, etc. O resultado deste trabalho pretende ajudar os profissionais a analisarem os dados recolhidos em cada experiência de condução, a fim de permitir o estudo das reações do motorista em diferentes obstáculos durante um percurso. O simulador DRIS é constituído por uma tela branca, onde os ambientes de simulação são projetados; um carro real, onde é feita a experiência de condução e quatro câmaras colocadas no carro. Destas quatro câmaras, três estão dentro do carro e uma fora do carro. Cada câmara está focada estrategicamente, em partes críticas da condução: a estrada, o motorista, os pedais e os controles (mudança de marcha, volante, os comandos do limpador, etc). Cada uma das câmaras grava um vídeo, que é guardado em um computador colocado em uma das salas de controlo, dentro do Laboratório de Análise de Tráfego na FEUP. Além disso, um arquivo de texto é guardado no mesmo computador. Este arquivo de texto contém algumas informações sobre a experiência do motorista, como as coordenadas do carro, a velocidade do carro, o tempo, etc O trabalho desta Tese surge com a finalidade de melhorar a forma de os profissionais analisar e interpretar os dados recolhidos a partir de uma experiência de condução no DRIS. Para o efeito, foi criado um sistema de vídeo-­‐monitorização, que consiste em uma aplicação de vídeo, que permite a visualização de quatro vídeos simultaneamente, e ler um arquivo de texto, que contém todos os dados recolhidos na experiência. Ambos (vídeo e texto) têm de estar sincronizados com o mesmo tempo de forma a permitir ao utilizador, navegar backward e forward com a ajuda de um cursor. Além disso, como qualquer reprodutor de vídeo básico, contém alguns botões para controlar o status do vídeo (Play, Stop, Pause) e permiti que os profissionais analisem com detalhe os dados dos quatro vídeos. Aproveitando os avanços no desenvolvimento de software, a aplicação foi feita em C++ usando a biblioteca Qt, em ambiente de desenvolvimento integrado do Qt Creator, o que tornou mais fácil a implementação. No fim deste relatório (capítulo 4) é anexado um manual do usuário, a fim de explicar e ajudar os profissionais a usar a aplicação.

Modelo de iluminação global por radiação (radiosidade)

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, para a obtenção Engenharia Informática

Estudo Focado no Utilizador de Software Gratuito para Modelação e Visualização 3D Realista

Computação gráfica um campo que tem vindo a crescer bastante nos últimos anos, desde áreas como cinematográficas, dos videojogos, da animação, o avanço tem sido tão grande que a semelhança com a realidade é cada vez maior. Praticamente hoje em dia todos os filmes têm efeitos gerados através de computação gráfica, até simples anúncios de televisão para não falar do realismo dos videojogos de hoje. Este estudo tem como objectivo mostrar duas alternativas no mundo da computação gráfica, como tal, vão ser usados dois programas, Blender e Unreal Engine. O cenário em questão será todo modelado de raiz e será o mesmo nos dois programas. Serão feitos vários renders ao cenário, em ambos os programas usando diferentes materiais, diferentes tipos de iluminação, em tempo real e não de forma a mostrar as várias alternativas possíveis.

Extração automática de elementos em fotografia aérea por fotogrametria

Na cadeia de produção de cartografia digital, que se encontra implementada no IGeoE, existe a necessidade de efetuar a restituição de objetos através da vetorização 3D. Sendo este processo completamente manual, o operador identifica e adquire os objetos, em ambiente estereoscópico, segundo as regras estabelecidas nas normas de aquisição. A aquisição de construções, nomeadamente os edifícios, são dos objetos que mais recursos consomem devido à sua frequência e dificuldade de restituição. A possibilidade de simplificar esta parte do processo proporciona um beneficio substancial para toda a cadeia de produção. Pretende-se assim detetar edifícios em fotografias aéreas, extraindo a sua informação planimétrica e altimétrica, para posterior inserção num SIG. Para a obtenção da altimetria são utilizados os princípios de fotogrametria analítica através das equações de colinearidade. Este problema torna-se relevante devido ao facto de se pretender retirar informação de fotografias, que possuem bastante informação, com recurso à computação gráfica, através de técnicas de segmentação em vários níveis e fotogrametria, juntando assim duas áreas do saber. Esta solução permite automatizar um processo que é predominantemente manual, contribuindo para melhorar a cadeia de produção sem a alteração de funcionamento da mesma.

Geração de sombras em objetos modelados por geometria sólida construtiva

Atualmente os sistemas computacionais mais sofisticados são aqueles que apresentam imagens gráficas. Devido às características de alta velocidade de processamento e excelente resultado na geração de imagens o uso da Computação Gráfica se dá em diversas áreas como a indústria, pesquisa, publicidade, entretenimento, medicina, treinamento, dentre outras. Este trabalho aborda dois assuntos clássicos na Computação Gráfica, Geometria Sólida Construtiva (CSG) e Sombras Projetadas. Ambos são muito importantes para esta linha de pesquisa da Ciência da Computação. A Geometria Sólida Construtiva é utilizada na modelagem de objetos e as sombras projetadas são necessárias para aumentar o realismo das imagens. Geometria sólida construtiva (CSG) é uma técnica para a modelagem de sólidos, que define sólidos complexos pela composição de sólidos simples (primitivas). Isso inclui também a composição de objetos já combinados, até que se chegue a um objeto mais complexo. Um fator muito importante e necessário na obtenção de imagens realistas e que deve ser considerado é a utilização de sombras, pois estas são eficazes no realismo e impressão espacial de objetos tridimensionais. As sombras estabelecem diversos níveis de profundidade na imagem, fazem uma pontuação geométrica na cena de modo a evitar que os objetos não pareçam estar flutuando no ar. Este trabalho consiste em apresentar uma proposta para a geração de sombras em objetos modelados pela Geometria Sólida Construtiva. Para tanto foram estudados os assuntos referentes à modelagem de objetos por CSG, algoritmos para a geração de sombras “bem delimitadas” e formas de gerar sombras na Geometria Sólida Construtiva. O processo de geração de sombras em cenas modeladas por CSG, através da aplicação das mesmas operações booleanas envolvidas na modelagem dos objetos, sobre as sombras nem sempre apresenta resultados corretos. Diante disso, foram investigadas outras formas de solucionar o problema. Dentre estas, uma alternativa é a realização de transformações na árvore binária CSG, através de outras operações, envolvendo o uso de complemento com operações de união e interseção, para a modelagem do objeto e geração da sombra correspondente. Com base nos estudos realizados foram implementados dois protótipos que exibem a sombra projetada de objetos modelados por CSG. Na implementação do protótipo A utilizaram-se as técnicas tradicionais de modelagem de sólidos e sombra projetada. Os resultados obtidos com este protótipo serviram de referência. No protótipo B os resultados foram obtidos através da aplicação da zona ativa das primitivas na modelagem dos objetos e a sombra é projetada durante o processo de avaliação de contornos do sólido. Os resultados obtidos com este protótipo são comparados com os resultados do protótipo A e são apresentados como forma de exibir a aplicação do método proposto.

O Uso de ícones na visualização de informações

A visualização de informações congrega um conjunto de técnicas que têm por objetivo facilitar o entendimento de informações a partir de representações visuais. Nesta área, parte-se do pressuposto de que uma representação visual de dados ou informações proporciona uma forma mais simples e intuitiva de entendê-los e, com isso, inferir mais rapidamente e com maior precisão o seu significado. Normalmente, a tarefa de análise de dados é realizada com o auxílio de ferramentas de acordo com a natureza dos dados e do estudo sendo realizado. As técnicas de visualização de dados e informações não substituem ferramentas de análise específicas. Elas podem ser usadas como primeira aproximação do processo de análise, quando sintetizam de forma visual uma grande massa de dados, permitindo escolher partes do volume de dados para análise mais detalhada, ou como forma de apresentação de dados já reduzidos. Quando o subconjunto dos dados de interesse está disponível, a utilização de uma ferramenta de visualização proporciona maior agilidade nas análises e padrões na massa de dados podem ser descobertos visualmente. Uma das classes de técnicas de visualização utilizada nesta área é a icônica. Um ícone (ou glifo) é um objeto com geometria e aparência paramétricas, as quais podem ser arbitrariamente vinculadas a dados. A função de um ícone é agir como uma representação simbólica, que mostra as características essenciais de um domínio de dados ao qual o ícone se refere. Assim é possível obter uma visualização dos dados de uma forma mais clara e compacta. Em geral, ícones são utilizados para representar dados multidimensionais, ou seja, múltiplos atributos associados a uma posição num espaço qualquer, ou a entidades em estudo. O presente trabalho analisa o uso de ícones na visualização de informações. São discutidos os conceitos fundamentais de visualização de informações e sua relação com a área de mineração de dados. O uso de ícones em diversos trabalhos apontados na literatura é apresentado, sendo abordada a questão de geração automática de ícones, mais flexível do que os conjuntos fixos providos pelos sistemas de visualização estudados. Uma proposta para gerar ícones de forma automática baseada numa especificação paramétrica dos ícones é utilizada em um conjunto de dados característicos de espécimes animais estudados por biólogos do Departamento de Genética da UFRGS.

Visualização de informações aplicada à gerência de software

O desenvolvimento e manutenção de software fazem parte de um processo intrinsecamente difícil e que consome tempo e custos, principalmente quando o sistema consiste de milhares de linhas de código. Por isso, sistemas de visualização de software objetivam prover mecanismos para construir representações visuais de informações sobre programas e sistemas, através das quais o programador pode analisar e compreender características de sua estrutura e funcionamento em um maior nível de abstração do que o código fonte. Assim, ferramentas visuais de software que suportam as tarefas de desenvolvimento, depuração, manutenção e reutilização tornam-se mais necessárias pelo fato de ajudarem a reduzir a complexidade inerente do processo de compreensão. Esse trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um visualizador que exiba as informações existentes nos programas de forma mais rápida e legível, evitando que o programador/analista tenha que percorrer as linhas de código. O texto inicialmente situa a área de visualização de informações, abordando a área de visualização de software, uma vez que a visualização de software é assim chamada por tratar da visualização de informações que são extraídas de programas. Em seguida, é apresentado um estudo de caso baseado no desenvolvimento dos sistemas da empresa Benfare Informática, no qual caracteriza-se a necessidade de ferramentas que auxiliem a compreensão de programas, com o objetivo de otimizar as operações de manutenção e desenvolvimento de programas. O restante do trabalho trata do sistema VisProgress que foi um protótipo desenvolvido como ferramenta de apoio para a equipe de desenvolvimento da empresa e como forma de avaliar o uso de técnicas de visualização em tal situação. A ferramenta desenvolvida é um visualizador de informações que percorre programas escritos em Progress, ferramenta de desenvolvimento utilizada pela empresa, e extrai as informações encontradas nos programas. A visualização é dividida em três partes. A primeira permite a visualização de informações textuais extraídas diretamente do código fonte dos programas que compõem os sistemas, a segunda faz a visualização de um grafo que representa a chamada de programas, e a terceira e última faz a visualização também de um grafo, porém representando o compartilhamento de variáveis entre os programas. A obtenção dos grafos foi construída em Delphi, porém a visualização gráfica é feita através da ferramenta Dotty, ferramenta específica para visualização de grafos. Após a descrição do protótipo implementado, são apresentados os resultados obtidos com a avaliação da ferramenta feita nas empresas Benfare Informática e Dzset Soluções e Sistemas para Computação.

Reconhecimento de caracteres alfanuméricos de placas em imagens de veículos

Sistemas de visão artificial são cada vez mais usados para auxiliar seres humanos a realizar diferentes tarefas. Estes sistemas são capazes de reconhecer padrões em imagens complexas. Técnicas de visão computacional têm encontrado crescente aplicação em estudos e sistemas de controle e monitoração de tráfego de automóveis. Uma das áreas de pesquisa que tem sido objeto de estudo por diferentes grupos é a leitura automática de placas de matrículas como forma de detectar transgressores, encontrar carros roubados ou efetuar estudos de origem/destino [BAR99]. Com o constante crescimento do volume de tráfego de automóvel e a limitada capacidade dos sensores convencionais, especialistas da área recorrem a técnicas de identificação automática de veículos para obter dados relativos ao escoamento de tráfego. A identificação automática de veículos tem tido essencialmente duas abordagens distintas: a utilização de transponders e a utilização de técnicas de visão computacional [INI85] . Estas são essencialmente úteis em casos em que não é viável obrigar os motoristas a instalar transponders em seus automóveis. No entanto, essas técnicas são mais sensíveis às condições atmosféricas e de iluminação tais como nevoeiros, chuva intensa, luz noturna, reflexos em superfícies, etc. Este trabalho apresenta um estudo de diversas técnicas de processamento de imagem objetivando o aperfeiçoamento de um sistema de identificação automática de placas de veículos. Este aperfeiçoamento está relacionado com a diminuição do tempo de execução necessário à localização e reconhecimento dos caracteres contidos nas placas dos veículos bem como a melhorar a taxa de sucesso no seu reconhecimento. A primeira versão do sistema de identificação da placas de veículos descrito em [SOU2000], desenvolvido no CPG-EE da UFRGS, denominado SIAV 1.0, localiza e extrai 91,3% das placas corretamente mas apresenta uma taxa de reconhecimento das placas de 37,3%, assim como um tempo de processamento não satisfatório. Neste trabalho, cujo sistema desenvolvido é denominado SIAV 2.0, a imagem é previamente processada através da aplicação de técnicas de realce da imagem. O principal objetivo das técnicas de realce é processar a imagem de modo que o resultado seja mais apropriado para uma aplicação específica do que a imagem original [GON93]. O sistema busca melhorar a qualidade da imagem eliminando ou suavizando sombras e reflexos presentes na cena em virtude da iluminação não controlada. Visando um menor tempo de execução durante o tratamento e análise da imagem um estudo estatístico baseado na distribuição gaussiana foi realizado de maneira a restringir a área de análise a ser processada. O SIAV possui duas redes neurais como ferramentas de reconhecimento de caracteres. A partir da análise dos diferentes modelos de redes neurais empregados na atualidade, foi desenvolvida uma nova arquitetura de rede a ser utilizada pelo SIAV 2.0 que oferece uma taxa de reconhecimento superior a rede neural usada no SIAV 1.0. Visando um melhor tempo de execução, a implementação em hardware dedicado para este modelo é abordado. Os testes foram realizados com três bancos de imagens obtidas por câmeras diferentes, inclusive por dispositivo "pardal" comercial. Estes testes foram realizados para verificar a efetividade dos algoritmos aperfeiçoados.

Filtragem de imagens com preservação das bordas usando a Transformada Wavelet

A filtragem de imagens visando a redução do ruído é uma tarefa muito importante em processamento de imagens, e encontra diversas aplicações. Para que a filtração seja eficiente, ela deve atenuar apenas o ruído na imagem, sem afetar estruturas importantes, como as bordas. Há na literatura uma grande variedade de técnicas propostas para filçtragem de imagens com preservação de bordas, com as mais variadas abordagens, deentrte as quais podem ser citadas a convolução com máscaras, modelos probabilísticos, redes neurais, minimização de funcionais e equações diferenciais parciais. A transformada wavelet é uma ferramenta matemática que permite a decomposição de sinais e imagens em múltiplas resoluções. Essa decomposição é chamada de representação em wavelets, e pode ser calculada atrravés de um algorítmo piramidal baseado em convoluções com filtros passa-bandas e passa-baixas. Com essa transformada, as bordas podem ser calculadas em múltiplas resoluções. Além disso, como filtros passa-baixas são utilizados na decomposição, a atenuação do ruído é um processo intrínseco à transformada. Várias técnicas baseadas na transformada wavelet têm sido propostas nos últimos anos, com resultados promissores. Essas técnicas exploram várias características da transformada wavelet, tais como a magnitude de coeficientes e sua evolução ao longo das escalas. Neste trabalho, essas características da transformada wavelet são exploradas para a obtenção de novas técnicas de filtragem com preservação das bordas.