Investigação de técnicas de visualização para representação de autômatos finitos com saída

Atualmente, a World Wide Web (WWW) já se estabeleceu como um dos meios de divulgação mais difundidos. Sendo um meio de publicação de custo relativamente baixo, muitas iniciativas foram desenvolvidas no sentido de estendê-la e transformá-la também numa ferramenta de apoio. Assim, uma série de pesquisas foi realizada no sentido de promover e facilitar o gerenciamento das informações da WWW, que são estruturadas, em sua maioria, como conjuntos de documentos inter-relacionados. Grafos são estruturas utilizadas para a representação de objetos e seus múltiplos relacionamentos. Nesse sentido, pode-se afirmar que hiperdocumentos podem ser modelados através de grafos, onde uma página representa um nodo e um link para outra página é representado por uma aresta. Considerando estas características, e dada a crescente complexidade dos materiais publicados na WWW, desenvolveu-se, ao longo da última década, o uso de técnicas e recursos de Visualização de Grafos com larga aplicação na visualização da estrutura e da navegação na WWW. Técnicas de visualização de grafos são aplicáveis especificamente para representar visualmente estruturas que possam ser modeladas por meio de objetos relacionados, sendo investigadas técnicas para a abstração de modo a facilitar tanto o processo de compreensão do contexto da informação, quanto a apreensão dos dados relacionados. Este trabalho tem como objetivo a investigação de técnicas de Visualização de Grafos aplicadas a autômatos finitos com saída. Este direcionamento se deve ao fato de alguns autores utilizar a abordagem de autômatos finitos com saída para as estruturas de hiperdocumentos. Se for considerado que um documento da WWW (ou o estado de um autômato) é composto por fragmentos de informação (ou saídas) tais como trechos de texto, imagens, animações, etc e que este documento é relacionado a outros por meio de links (ou transições), tem-se a verificação de sua representatividade por meio destas estruturas. Em trabalho anterior, no âmbito do PPGC da UFRGS, a ferramenta Hyper-Automaton foi desenvolvida com o objetivo de estender o uso da Internet no sentido de prover uma ferramenta de apoio à publicação de materiais instrucionais. Por adotar a notação de autômatos finitos com saída, possibilita, além da criação e gerenciamento de hiperdocumentos, a reutilização de fragmentos de informação sem que haja qualquer interferência de um autômato que utilize este fragmento sobre outro. O Hyper-Automaton foi selecionado como caso de estudo motivador deste trabalho. As técnicas aqui desenvolvidas têm como intuito diminuir a complexidade visual da informação, assim como permitir a navegação através dos autômatos finitos com saída de forma que seja possível visualizar detalhes como as saídas e informações relacionadas a cada uma delas, mantendo a visualização do contexto da informação. Foram analisadas técnicas de agrupamento como forma de redução da complexidade visual, e técnicas do tipo foco+contexto, como alternativa para prover a visualização simultânea do contexto e dos detalhes da informação.

Critérios de avaliação de técnicas de visualização de informações hierárquicas

Após o refinamento, os critérios foram utilizados experimentalmente em três tipos de métodos de avaliação tradicionais, a saber, avaliação heurística, inspeção de conformidade e ensaios de interação. Os resultados obtidos com estas avaliações demonstraram que os critérios de avaliação, definidos neste trabalho, capturaram muito mais problemas relacionados à técnica do que os critérios tradicionalmente usados para avaliar interfaces gráficas. Um resultado promissor, não previsto, foi a constatação que o conjunto de critérios propostos detectaram, também, um número expressivo de problemas de usabilidade na interface, quando da aplicação das sessões de avaliação heurística. Este resultado evidencia a possibilidade de extensão deste conjunto de critérios a fim de avaliar, também, as principais características da interface das técnicas de visualização.

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.

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.

Visualização simultânea e multi-nível de informações de monitoramento de cluster

Clusters de computadores são geralmente utilizados para se obter alto desempenho na execução de aplicações paralelas. Sua utilização tem aumentado significativamente ao longo dos anos e resulta hoje em uma presença de quase 60% entre as 500 máquinas mais rápidas do mundo. Embora a utilização de clusters seja bastante difundida, a tarefa de monitoramento de recursos dessas máquinas é considerada complexa. Essa complexidade advém do fato de existirem diferentes configurações de software e hardware que podem ser caracterizadas como cluster. Diferentes configurações acabam por fazer com que o administrador de um cluster necessite de mais de uma ferramenta de monitoramento para conseguir obter informações suficientes para uma tomada de decisão acerca de eventuais problemas que possam estar acontecendo no seu cluster. Outra situação que demonstra a complexidade da tarefa de monitoramento acontece quando o desenvolvedor de aplicações paralelas necessita de informações relativas ao ambiente de execução da sua aplicação para entender melhor o seu comportamento. A execução de aplicações paralelas em ambientes multi-cluster e grid juntamente com a necessidade de informações externas à aplicação é outra situação que necessita da tarefa de monitoramento. Em todas essas situações, verifica-se a existência de múltiplas fontes de dados independentes e que podem ter informações relacionadas ou complementares. O objetivo deste trabalho é propor um modelo de integração de dados que pode se adaptar a diferentes fontes de informação e gerar como resultado informações integradas que sejam passíveis de uma visualização conjunta por alguma ferramenta. Esse modelo é baseado na depuração offline de aplicações paralelas e é dividido em duas etapas: a coleta de dados e uma posterior integração das informações. Um protótipo baseado nesse modelo de integração é descrito neste trabalho Esse protótipo utiliza como fontes de informação as ferramentas de monitoramento de cluster Ganglia e Performance Co-Pilot, bibliotecas de rastreamento de aplicações DECK e MPI e uma instrumentação do Sistema operacional Linux para registrar as trocas de contexto de um conjunto de processos. Pajé é a ferramenta escolhida para a visualização integrada das informações. Os resultados do processo de integração de dados pelo protótipo apresentado neste trabalho são caracterizados em três tipos: depuração de aplicações DECK, depuração de aplicações MPI e monitoramento de cluster. Ao final do texto, são delineadas algumas conclusões e contribuições desse trabalho, assim como algumas sugestões de trabalhos futuros.

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.

Visualização em multirresolução do fluxo de tópicos em coleções de texto

O uso combinado de algoritmos para a descoberta de tópicos em coleções de documentos com técnicas orientadas à visualização da evolução daqueles tópicos no tempo permite a exploração de padrões temáticos em corpora extensos a partir de representações visuais compactas. A pesquisa em apresentação investigou os requisitos de visualização do dado sobre composição temática de documentos obtido através da modelagem de tópicos – o qual é esparso e possui multiatributos – em diferentes níveis de detalhe, através do desenvolvimento de uma técnica de visualização própria e pelo uso de uma biblioteca de código aberto para visualização de dados, de forma comparativa. Sobre o problema estudado de visualização do fluxo de tópicos, observou-se a presença de requisitos de visualização conflitantes para diferentes resoluções dos dados, o que levou à investigação detalhada das formas de manipulação e exibição daqueles. Dessa investigação, a hipótese defendida foi a de que o uso integrado de mais de uma técnica de visualização de acordo com a resolução do dado amplia as possibilidades de exploração do objeto em estudo em relação ao que seria obtido através de apenas uma técnica. A exibição dos limites no uso dessas técnicas de acordo com a resolução de exploração do dado é a principal contribuição desse trabalho, no intuito de dar subsídios ao desenvolvimento de novas aplicações.

Visualização de informação em sistemas científicos

Este trabalho é um estudo sobre a aplicação de técnicas de visualização de informação em sistemas de software científico, i.e., sistemas de software voltados para matemática, ciências e engenharias. Enquanto sistemas dessa natureza normalmente fazem uso da visualização científica e figuram como caso de sucesso nessa área, nem sempre são projetados considerando os princípios de visualização de informação. Esse trabalho tem por objetivo avaliar a aplicação desse conceitos em alguns sistemas reais, desenvolvidos com diferentes níveis de entendimento nessa área de conhecimento e com base nessas experiências propor o desenvolvimento de componentes de software capazes de facilitar a criação de sistemas semelhantes e ao mesmo tempo promover a aplicação destes conceitos.

Visualização de dados da FGV-DAPP é finalista da Bienal Brasileira de Design Gráfico

A FGV-DAPP esteve presente na shortlist da 11ª Bienal Brasileira de Design Gráfico da Associação dos Designers Gráficos do Brasil (ADG), que destaca os melhores trabalhos de design do país. A indicação ficou entre os trabalhos de visualização de dados (Mosaico Orçamentário, Geologia Orçamentária, O Pulso do País e Monitor de Temas) na categoria Webdesign; e a revista DAPP Estudos Estratégicos, na categoria Projeto Gráfico de Revista.