Visualização e manipulação de informação em ambientes 3D imersivos

Ainda antes da invenção da escrita, o desenho foi utilizado para descrever a realidade, tendo evoluído ao longo dos tempos, ganhando mais qualidade e pormenor e recorrendo a suportes cada vez mais evoluídos que permitissem a perpetuação dessa imagem: dessa informação. Desde as pinturas rupestres, nas paredes de grutas paleolíticas, passando pelos hieróglifos, nos templos egípcios, nas gravuras das escrituras antigas e nos quadros sobre tela, a intenção sempre foi a de transmitir a informação da forma mais directa e perceptível por qualquer indivíduo. Nos dias de hoje as novas tecnologias permitem aceder à informação com uma facilidade nunca antes vista ou imaginada, estando certamente ainda por descobrir outras formas de registar e perpetuar a informação para as gerações vindouras. A fotografia está na origem das grandes evoluções da imagem, permitindo capturar o momento, tornando-o “eterno”. Hoje em dia, na era da imagem digital, além de se mostrar a realidade, é possível incorporar na imagem informação adicional, de modo a enriquecer a experiência de visualização e a maximizar a aquisição do conhecimento. As possibilidades da visualização em três dimensões (3D) vieram dar o realismo que faltava ao formato de fotografia original. O 3D permite a imersão do espectador no ambiente que, a própria imagem retrata, à qual se pode ainda adicionar informação escrita ou até sensorial como, por exemplo, o som. Esta imersão num ambiente tridimensional permite ao utilizador interagir com a própria imagem através da navegação e exploração de detalhes, usando ferramentas como o zoom ou ligações incorporados na imagem. A internet é o local onde, hoje em dia, já se disponibilizam estes ambientes imersivos, tornando esta experiência muita mais acessível a qualquer pessoa. Há poucos anos ainda, esta prática só era possível mediante o recurso a dispositivos especificamente construídos para o efeito e que, por isso, apenas estavam disponíveis a grupos restritos de utilizadores. Esta dissertação visa identificar as características de um ambiente 3D imersivo e as técnicas existentes e possíveis de serem usadas para maximizar a experiência de visualização. Apresentar-se-ão algumas aplicações destes ambientes e sua utilidade no nosso dia-a-dia, antevendo as tendências futuras de evolução nesta área. Serão apresentados exemplos de ferramentas para a composição e produção destes ambientes e serão construídos alguns modelos ilustrativos destas técnicas, como forma de avaliar o esforço de desenvolvimento e o resultado obtido, comparativamente com formas mais convencionais de transmitir e armazenar a informação. Para uma avaliação mais objectiva, submeteram-se os modelos produzidos à apreciação de diversos utilizadores, a partir da qual foram elaboradas as conclusões finais deste trabalho relativamente às potencialidades de utilização de ambientes 3D imersivos e suas mais diversas aplicações.

Produção Lean com visualização do fluxo de trabalho em 3D

Magazine Digital eUAU - Março 2011

Visualização interativa e manipulação de imagens 3D em tempo real usando métodos baseados na GPU

Este trabalho apresenta um conjunto de ferramentas que exploram as capacidades recentes das placas gráficas de computadores pessoais para prover a visualização e a interação com volumes de dados. O objetivo é oferecer ao usuário ferramentas que permitam a remoção interativa de partes não relevantes do volume. Assim, o usuário é capaz de selecionar um volume de interesse, o que pode tanto facilitar a compreensão da sua estrutura quanto a sua relação com os volumes circundantes. A técnica de visualização direta de volumes através do mapeamento de texturas é explorada para desenvolver estas ferramentas. O controle programável dos cálculos realizados pelo hardware gráfico para gerar a aparência de cada pixel na tela é usado para resolver a visibilidade de cada ponto do volume em tempo real. As ferramentas propostas permitem a modificação da visibilidade de cada ponto dentro do hardware gráfico, estendendo o benefício da visualização acelerada por hardware. Três ferramentas de interação são propostas: uma ferramenta de recorte planar que permite a seleção de um volume de interesse convexo; uma ferramenta do tipo “borracha”, para eliminar partes não relevantes da imagem; e uma ferramenta do tipo “escavadeira”, para remover camadas do volume Estas ferramentas exploram partes distintas do fluxo de visualização por texturas, onde é possível tomar a decisão sobre a visibilidade de cada ponto do volume. Cada ferramenta vem para resolver uma deficiência da ferramenta anterior. Com o recorte planar, o usuário aproxima grosseiramente o volume de interesse; com a borracha, ele refina o volume selecionado que, finalmente, é terminado com a escavadeira. Para aplicar as ferramentas propostas ao volume visualizado, são usadas técnicas de interação conhecidas, comuns nos sistemas de visualização 2D. Isto permite minimizar os esforços do usuário no treinamento do uso das ferramentas. Finalmente, são ilustradas as aplicações potenciais das ferramentas propostas para o estudo da anatomia do fígado humano. Nestas aplicações foi possível identificar algumas necessidades do usuário na visualização interativa de conjuntos de dados médicos. A partir destas observações, são propostas também novas ferramentas de interação, baseadas em modificações nas ferramentas propostas.

Captura e visualização de video 3d em tempo real

Vídeos são dos principais meios de difusão de conhecimento, informação e entretenimento existentes. Todavia, apesar da boa qualidade e da boa aceitação do público, os vídeos atuais ainda restringem o espectador a um único ponto de vista. Atualmente, alguns estudos estão sendo desenvolvidos visando oferecer ao espectador maior liberdade para decidir de onde ele gostaria de assistir a cena. O tipo de vídeo a ser produzido por essas iniciativas tem sido chamado genericamente de vídeo 3D. Esse trabalho propõe uma arquitetura para captura e exibição de vídeos 3D em tempo real utilizando as informações de cor e profundidade da cena, capturadas para cada pixel de cada quadro do vídeo. A informação de profundidade pode ser obtida utilizando-se câmeras 3D, algoritmos de extração de disparidade a partir de estéreo, ou com auxílio de luz estruturada. A partir da informação de profundidade é possível calcular novos pontos de vista da cena utilizando um algoritmo de warping 3D. Devido a não disponibilidade de câmeras 3D durante a realização deste trabalho, a arquitetura proposta foi validada utilizando um ambiente sintético construído usando técnicas de computação gráfica. Este protótipo também foi utilizado para analisar diversos algoritmos de visão computacional que utilizam imagens estereoscópias para a extração da profundidade de cenas em tempo real. O uso de um ambiente controlado permitiu uma análise bastante criteriosa da qualidade dos mapas de profundidade produzidos por estes algoritmos, nos levando a concluir que eles ainda não são apropriados para uso de aplicações que necessitem da captura de vídeo 3D em tempo real.

A visualização no ensino de geometria com o Geogebra 3D

This research presents an investigation about the relevance of visualization in teaching geometry. Our interest turns to analyzing the use of technology in teaching geometry, seeking to highlight their contribution to learning. The students of today - second decade of the 21st century - require that, each time more, the school move towards the integration of technologies for teaching since tablets, smartphone, netbook, notebook are items present on daily life of most students. Thereby, we investigate, taking the phenomenological orientation, the potential of educational software, especially the Geogebra 3D, directed at teaching math and favoring the work with the geometry viewing. At work we bring some theoretical considerations about the importance of viewing for the geometric learning and the use of technologies. We build an intervention proposal for the classroom of the 7th year of elementary school with tasks aimed at visual exploration and allow the teacher to work the concept of volume of geometric solids

A visualização no ensino de geometria com o Geogebra 3D

This research presents an investigation about the relevance of visualization in teaching geometry. Our interest turns to analyzing the use of technology in teaching geometry, seeking to highlight their contribution to learning. The students of today - second decade of the 21st century - require that, each time more, the school move towards the integration of technologies for teaching since tablets, smartphone, netbook, notebook are items present on daily life of most students. Thereby, we investigate, taking the phenomenological orientation, the potential of educational software, especially the Geogebra 3D, directed at teaching math and favoring the work with the geometry viewing. At work we bring some theoretical considerations about the importance of viewing for the geometric learning and the use of technologies. We build an intervention proposal for the classroom of the 7th year of elementary school with tasks aimed at visual exploration and allow the teacher to work the concept of volume of geometric solids

Desenvolvimento de uma interface de visualização de conectividade cerebral usando realidade virtual e controlo por gestos

A presente dissertação foi desenvolvida em colaboração com o Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica(IBEB/FCUL)

Jogo 3D online para reabilitação de pacientes afásicos

Esta plataforma foi projetada como auxílio complementar ao processo de reabilitação de doentes afásicos lusófonos. Uma gama de exercícios são disponibilizados de forma a induzir diferentes estímulos (compreensão escrita e auditiva e expressão escrita) sendo a grande maioria destes realizados dentro de um ambiente virtual em três dimensões onde o utilizador (dependendo da tarefa) pode interagir com objetos presentes dentro de uma casa. A principal particularidade desta plataforma reside no facto desta estar alojada online, dispensando instalações e permitindo um acompanhamento mais próximo por parte do terapeuta da fala do progresso feito pelo paciente. A ferramenta desenvolvida está disponível para visualização e teste no endereço www.weblisling.net.

Bifocal tree : uma técnica para visualização de estruturas hierárquicas

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.

Visualização de estruturas internas em volumes de dados multimodais

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.

Um estudo exploratório sobre a utilização de modelos 3D digitais no processo de inovação tecnológica de uma empresa da indústria de manufatura

Através de um estudo de caso, este trabalho apresenta evidências empíricas que reforçam e ampliam as descobertas de trabalhos anteriores sobre as contribuições dos modelos 3D digitais no processo de inovação tecnológica de uma empresa da indústria de manufatura, e oferece contribuições para a academia e para a prática. A inovação tecnológica é um dos fatores essenciais da competição e do desenvolvimento industrial. Na medida em que as mudanças tecnológicas ocorrem em complexidade e ritmo crescentes, as empresas têm procurado aumentar a flexibilidade e a velocidade de suas atividades através de sofisticados sistemas de tecnologia de informação e de comunicações. Na indústria de manufatura, os modelos 3D digitais têm sido cada vez mais utilizados ao longo do ciclo de vida dos produtos das empresas e a sua difusão não apenas tornou-os elementos chave para o processo de inovação tecnológica, mas a sua adoção está forçando muitas empresas a rever a forma como elas conduzem e gerenciam suas atividades de inovação.

Visualização em tempo real de dados volumétricos dinâmicos usando hardware gráfico

Dados volumétricos temporais são usados na representação de fenômenos físicos em várias aplicações de visualização científica, pois tais fenômenos são complexos, alteram-se com o tempo e não possuem uma forma de representação definida. Uma solução é usar amostragens sobre um espaço de forma geométrica simples que contém o fenômeno (um cubo, por exemplo), discretizado ao longo de uma grade em células de mesmo formato e usualmente chamado de volume de amostragem. Este volume de amostragem representa um instante da representação do fenômeno e, para representar dados temporais, simplesmente enumera-se tantos volumes quanto forem as diferentes instâncias de tempo. Esta abordagem faz com que a representação seja extremamente custosa, necessitando de técnicas de representação de dados para comprimir e descomprimir os mesmos. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para compressão de volumes de dados temporais que permite a visualização em tempo real destes dados usando hardware gráfico. O método de compressão usa uma representação hierárquica dos vários volumes de dados dentro da memória do hardware gráfico, referenciados pelo hardware como texturas 3D. O método de compressão tem melhor desempenho para dados volumétricos esparsos e com alto grau de coerência (espacial e temporal). A descompressão destes dados é feita por programas especiais que são executados no próprio hardware gráfico. Um estudo de caso usando o método de compressão/descompressão proposto é apresentado com dados provenientes do Projeto MAPEM (Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima). O objetivo do projeto é propor uma metodologia para o monitoramento dos efeitos das descargas de materiais no ecossistema marinho durante a perfuração de um poço de petróleo. Para estimar certos descarregamentos de fluidos, o projeto usa um simulador CFD que permite mostrar tais descarregamentos, gerando grades planares e uniformes 2D ou 3D em qualquer instante de tempo durante a simulação.

Recorte volumétrico usando técnicas de interação 2D e 3D

A visualização de conjuntos de dados volumétricos é comum em diversas áreas de aplicação e há já alguns anos os diversos aspectos envolvidos nessas técnicas vêm sendo pesquisados. No entanto, apesar dos avanços das técnicas de visualização de volumes, a interação com grandes volumes de dados ainda apresenta desafios devido a questões de percepção (ou isolamento) de estruturas internas e desempenho computacional. O suporte do hardware gráfico para visualização baseada em texturas permite o desenvolvimento de técnicas eficientes de rendering que podem ser combinadas com ferramentas de recorte interativas para possibilitar a inspeção de conjuntos de dados tridimensionais. Muitos estudos abordam a otimização do desempenho de ferramentas de recorte, mas muito poucos tratam das metáforas de interação utilizadas por essas ferramentas. O objetivo deste trabalho é desenvolver ferramentas interativas, intuitivas e fáceis de usar para o recorte de imagens volumétricas. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre as principais técnicas de visualização direta de volumes e como é feita a exploração desses volumes utilizando-se recorte volumétrico. Nesse estudo é identificada a solução que melhor se enquadra no presente trabalho para garantir a interatividade necessária. Após, são apresentadas diversas técnicas de interação existentes, suas metáforas e taxonomias, para determinar as possíveis técnicas de interação mais fáceis de serem utilizadas por ferramentas de recorte. A partir desse embasamento, este trabalho apresenta o desenvolvimento de três ferramentas de recorte genéricas implementadas usando-se duas metáforas de interação distintas que são freqüentemente utilizadas por usuários de aplicativos 3D: apontador virtual e mão virtual. A taxa de interação dessas ferramentas é obtida através de programas de fragmentos especiais executados diretamente no hardware gráfico. Estes programas especificam regiões dentro do volume a serem descartadas durante o rendering, com base em predicados geométricos. Primeiramente, o desempenho, precisão e preferência (por parte dos usuários) das ferramentas de recorte volumétrico são avaliados para comparar as metáforas de interação empregadas. Após, é avaliada a interação utilizando-se diferentes dispositivos de entrada para a manipulação do volume e ferramentas. A utilização das duas mãos ao mesmo tempo para essa manipulação também é testada. Os resultados destes experimentos de avaliação são apresentados e discutidos.

Uso do GPR na geração de modelos estáticos 3D para o planejamento de lavra de minerais pesados depositados em dunas eólicas

This project was developed as a partnership between the Laboratory of Stratigraphical Analyses of the Geology Department of UFRN and the company Millennium Inorganic Chemicals Mineração Ltda. This company is located in the north end of the paraiban coast, in the municipal district of Mataraca. Millennium has as main prospected product, heavy minerals as ilmenita, rutilo and zircon presents in the sands of the dunes. These dunes are predominantly inactive, and overlap the superior portion of Barreiras Formation rocks. The mining happens with the use of a dredge that is emerged at an artificial lake on the dunes. This dredge removes sand dunes of the bottom lake (after it disassembles of the lake borders with water jets) and directs for the concentration plant, through piping where the minerals are then separate. The present work consisted in the acquisition external geometries of the dunes, where in the end a 3D Static Model could be set up of these sedimentary deposits with emphasis in the behavior of the structural top of Barreiras Formation rocks (inferior limit of the deposit). The knowledge of this surface is important in the phase of the plowing planning for the company, because a calculation mistake can do with that the dredge works too close of this limit, taking the risk that fragments can cause obstruction in the dredge generating a financial damage so much in the equipment repair as for the stopped days production. During the field stages (accomplished in 2006 and 2007) topographical techniques risings were used with Total Station and Geodesic GPS as well as shallow geophysical acquisitions with GPR (Ground Penetrating Radar). It was acquired almost 10,4km of topography and 10km of profiles GPR. The Geodesic GPS was used for the data geopositioning and topographical rising of a traverse line with 630m of extension in the stage of 2007. The GPR was shown a reliable method, ecologically clean, fast acquisition and with a low cost in relation to traditional methods as surveys. The main advantage of this equipment is obtain a continuous information to superior surface Barreiras Formation rocks. The static models 3D were elaborated starting from the obtained data being used two specific softwares for visualization 3D: GoCAD 2.0.8 and Datamine. The visualization 3D allows a better understanding of the Barreiras surface behavior as well as it makes possible the execution of several types of measurements, favoring like calculations and allowing that procedures used for mineral extraction is used with larger safety

Sistema avançado de realidade virtual para visualização de estruturas odontológicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)