Interactive acquisition of spatial information from images for multimedia applications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Informática

Using GIS to map the spatial and temporal occurrence of cholera epidemic in Camaroon

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

InStory – The Making of na Interactive Digital Narrative

Em cooperação com Glorianna Davenport do M.I.T. Media Lab

Interactive spatial decision support for sustainable agroforestry management: a case study in East Kalimantan, Indonesia

Forest managers, stakeholders and investors want to be able to evaluate economic, environmental and social benefits in order to improve the outcomes of their decisions and enhance sustainable forest management. This research developed a spatial decision support system that provides: (1) an approach to identify the most beneficial locations for agroforestry projects based on the biophysical properties and evaluate its economic, social and environmental impact; (2) a tool to inform prospective investors and stakeholders of the potential and opportunities for integrated agroforestry management; (3) a simulation environment that enables evaluation via a dashboard with the opportunity to perform interactive sensitivity analysis for key parameters of the project; (4) a 3D interactive geographic visualization of the economic, environmental and social outcomes, which facilitate understanding and eases planning. Although the tool and methodology presented are generic, a case study was performed in East Kalimantan, Indonesia. For the whole study area, it was simulated the most suitable location for three different plantation schemes: monoculture of timber, a specific recipe (cassava, banana and sugar palm) and different recipes per geographic unit. The results indicate that a mixed cropping plantation scheme, with different recipes applied to the most suitable location returns higher economic, environmental and social benefits.

Map-it – Mapeamento tridimensional de interiores

A perceção tridimensional é uma área em crescente desenvolvimento. Não existindo uma tecnologia ideal capaz de percecionar todo o tipo de cenários, têm surgido estudos sobre a aplicabilidade de diferentes tecnologias de forma a obter modelos que melhor se aproximem da realidade. Propõe-se nesta dissertação o desenvolvimento de um sistema de baixo-custo de percepção tridimensional que seja portátil e acessível na sua aplicabilidade, de forma a ter a capacidade de percecionar tridimensionalmente espaços interiores com pouca iluminação, tais como as divisões de um edifício ou os canais de uma mina subterrânea. Utilizou-se a triangulação entre uma câmara digital, os pontos de uma linha laser e um emissor laser para a obtenção dos dados tridimensionais do cenário. Para isso, recorreu-se a metodologias de processamento digital de imagens para a construção dos modelos dos cenários. Para se obter a validação desta dissertação, realizaram-se testes do protótipo de forma a determinar as suas capacidades percecionais. Em primeiro lugar realizou-se uma bateria de testes de calibração onde, repetidamente, se estudaram isoladamente pontos do cenário para verificar a precisão do sensor. Após esta calibração, estudou-se a capacidade de transformação de uma linha laser projetada num conjunto de coordenadas. Finalmente testou-se a capacidade de perceção tridimensional por rotação do sensor, de forma a realizar a transformação de múltiplas projeções de linhas laser num conjunto de coordenadas em torno do sensor. Verificou-se: no teste de calibração, a obtenção de distâncias com erro médio relativo inferior a 1%; no teste da linha laser, a capacidade de perceção de profundidade de múltiplos pontos ao longo da mesma; no teste de rotação, a aquisição de múltiplos conjuntos de linhas de profundidade no cenário, por rotação do sensor. Os resultados dos testes de validação permitiram concluir a viabilidade de utilizar a triangulação na aquisição de conjuntos de coordenadas de espaços interiores.

Augmenting spaces and creating interactive experiences using video camera networks

This research addresses the problem of creating interactive experiences to encourage people to explore spaces. Besides the obvious spaces to visit, such as museums or art galleries, spaces that people visit can be, for example, a supermarket or a restaurant. As technology evolves, people become more demanding in the way they use it and expect better forms of interaction with the space that surrounds them. Interaction with the space allows information to be transmitted to the visitors in a friendly way, leading visitors to explore it and gain knowledge. Systems to provide better experiences while exploring spaces demand hardware and software that is not in the reach of every space owner either because of the cost or inconvenience of the installation, that can damage artefacts or the space environment. We propose a system adaptable to the spaces, that uses a video camera network and a wi-fi network present at the space (or that can be installed) to provide means to support interactive experiences using the visitor’s mobile device. The system is composed of an infrastructure (called vuSpot), a language grammar used to describe interactions at a space (called XploreDescription), a visual tool used to design interactive experiences (called XploreBuilder) and a tool used to create interactive experiences (called urSpace). By using XploreBuilder, a tool built of top of vuSpot, a user with little or no experience in programming can define a space and design interactive experiences. This tool generates a description of the space and of the interactions at that space (that complies with the XploreDescription grammar). These descriptions can be given to urSpace, another tool built of top of vuSpot, that creates the interactive experience application. With this system we explore new forms of interaction and use mobile devices and pico projectors to deliver additional information to the users leading to the creation of interactive experiences. The several components are presented as well as the results of the respective user tests, which were positive. The design and implementation becomes cheaper, faster, more flexible and, since it does not depend on the knowledge of a programming language, accessible for the general public.

Fate map of zebrafish left-right organizer

The organizer is a ciliated signalling transient organ, responsible for the patterning of embryo tissues during embryonic development. In higher vertebrates, such as mouse and chick, this organizer (the node and the Hensen’s node, respectively) performs dorsalventral and anteriorposterior axis definition, as well as left-right patterning of the internal organs. In lower vertebrates, such as frog and zebrafish, there is a separate specialized organ for left-right purposes called the Gastrocoel Roof Plate (GRP) and Kupffer’s Vesicle (KV), respectively. It is known that mouse and chick organizer cells give rise to structures like floor plate, notochord, hypochord and somites. Frog GRP originates all these but floor plate. In zebrafish, at 13-14 somite stage (ss) the KV finished its left-right patterning but what happens to this organizer’ cells is still poorly studied. This research attempts to understand the fate and behaviour of the KV cells. We followed the fate of KV cells by live imaging and by tight time-courses with fixed larvae. We assessed in detail their proliferative and death profile, as well as cilia length progression from 9-10 ss until 29-30 ss. We conclude that the KV cells mostly follow the evolutionarily conserved fates described for other organizers. These cells mainly incorporate the notochord and hypochord; few cells incorporate the floor plate and the somites. As a novelty, it is also hypothesized that the hypural cell fate may be among the KV cell fates.

Instrumental Fado: a generative interactive system

Fado was listed as UNESCO Intangible Cultural Heritage in 2011. This dissertation describes a theoretical model, as well as an automatic system, able to generate instrumental music based on the musics and vocal sounds typically associated with fado’s practice. A description of the phenomenon of fado, its musics and vocal sounds, based on ethnographic, historical sources and empirical data is presented. The data includes the creation of a digital corpus, of musical transcriptions, identified as fado, and statistical analysis via music information retrieval techniques. The second part consists in the formulation of a theory and the coding of a symbolic model, as a proof of concept, for the automatic generation of instrumental music based on the one in the corpus.

Design and implementation of an assurance map at Sonae retail business

The present Working Project aims at studying the topic of assurance mapping in a specific organizational context of a Portuguese retail company. For this purpose, an assurance map framework was designed to support the decision making process of stakeholders, through the delivery of comfort concerning risks, operations and control. In the end, the framework was successfully implemented for the process sourcing of goods in two business units of the company. Although, further implementation of the framework proved not to be feasible during the project’s timespan, it is expected to occur in the near future.

Entre a plasticidade do corpo e da imagem : contributos para uma viagem interactiva pelos territórios incertos da arte contemporânea

Este trabalho de investigação começou por ser estruturado em torno de quatro grandes capítulos (quatro grandes linhas de orientação temática), todos eles amplamente desenvolvidos no sentido de podermos cartografar alguns dos principais territórios e sintomas da arte contemporânea, sendo certo também, que cada um deles assenta precisamente nos princípios de uma estrutura maleável que, para todos os efeitos, se encontra em processo de construção (work in progress), neste caso, graças à plasticidade do corpo, do espaço, da imagem e do uso criativo das tecnologias digitais, no âmbito das quais, aliás, tudo se parece produzir, transformar e disseminar hoje em dia à nossa volta (quase como se de uma autêntica viagem interactiva se tratasse). Por isso, a partir daqui, todo o esforço que se segue procurará ensaiar uma hipótese de trabalho (desenvolver uma investigação) que, porventura, nos permita desbravar alguns caminhos em direcção aos intermináveis túneis do futuro, sempre na expectativa de podermos dar forma, função e sentido a um desejo irreprimível de liberdade criativa, pois, a arte contemporânea tem essa extraordinária capacidade de nos transportar para muitos outros lugares do mundo, tão reais e imaginários como a nossa própria vida. Assim sendo, há que sumariar algumas das principais etapas a desenvolver ao longo desta investigação. Ora, num primeiro momento, começaremos por reflectir sobre o conceito alargado de «crise» (a crise da modernidade), para logo de seguida podermos abordar a questão da crise das antigas categorias estéticas, questionando assim, para todos os efeitos, quer o conceito de «belo» (Platão) e de «gosto» (Kant), quer ainda o conceito de «forma» (Foccilon), não só no sentido de tentarmos compreender algumas das principais razões que terão estado na origem do chamado «fim da arte» (Hegel), mas também algumas daquelas que terão conduzido à estetização generalizada da experiência contemporânea e à sua respectiva disseminação pelas mais variadas plataformas digitais. Num segundo momento, procuraremos reflectir sobre alguns dos principais problemas da inquietante história das imagens, nomeadamente para tentarmos perceber como é que todas estas transformações técnicas (ligadas ao aparecimento da fotografia, do cinema, do vídeo, do computador e da internet) terão contribuído para o processo de instauração e respectivo alargamento daquilo que todos nós ficaríamos a conhecer como a nova «era da imagem», ou a imagem na «era da sua própria reprodutibilidade técnica» (Benjamin), pois, só assim é que conseguiremos interrogar este imparável processo de movimentação, fragmentação, disseminação, simulação e interacção das mais variadas «formas de vida» (Nietzsche, Agamben). Entretanto, chegados ao terceiro grande momento, interessa-nos percepcionar a arte contemporânea como uma espécie de plataforma interactiva que, por sua vez, nos levará a interpelar alguns dos principais dispositivos metafóricos e experimentais da viagem, neste caso, da viagem enquanto linha facilitadora de acesso à arte, à cultura e à vida contemporânea em geral, ou seja, todo um processo de reflexão que nos incitará a cartografar alguns dos mais atractivos sintomas provenientes da estética do flâneur (na perspectiva de Rimbaud, Baudelaire, Long e Benjamin) e, consequentemente, a convocar algumas das principais sensações decorrentes da experiência altamente sedutora daqueles que vivem mergulhados na órbita interactiva do ciberespaço (na condição de ciberflâneurs), quase como se o mundo inteiro, agora, fosse tão somente um espaço poético «inteiramente navegável» (Manovich). Por fim, no quarto e último momento, procuraremos fazer uma profunda reflexão sobre a inquietante história do corpo, principalmente com o objectivo de reforçar a ideia de que apesar das suas inúmeras fragilidades biológicas (um ser que adoece e morre), o corpo continua a ser uma das «categorias mais persistentes de toda a cultura ocidental» (Ieda Tucherman), não só porque ele resistiu a todas as transformações que lhe foram impostas historicamente, mas também porque ele se soube reinventar e readaptar pacientemente face a todas essas transformações históricas. Sinal evidente de que a sua plasticidade lhe iria conferir, principalmente a partir do século XX («o século do corpo») um estatuto teórico e performativo verdadeiramente especial. Tão especial, aliás, que basta termos uma noção, mesmo que breve, da sua inquietante história para percebermos imediatamente a extraordinária importância dalgumas das suas mais variadas transformações, atracções, ligações e exibições ao longo das últimas décadas, nomeadamente sob o efeito criativo das tecnologias digitais (no âmbito das quais se processam algumas das mais interessantes operações de dinamização cultural e artística do nosso tempo). Em suma, esperamos sinceramente que este trabalho de investigação possa vir a contribuir para o processo de alargamento das fronteiras cada vez mais incertas, dinâmicas e interactivas do conhecimento daquilo que parece constituir, hoje em dia, o jogo fundamental da nossa contemporaneidade.

An interactive learning approach to accounting classes

This working paper explores the use of interactive learning tools, such as business simulations, to facilitate the active learning process in accounting classes. Although business simulations were firstly introduced in the United States in the 1950s, the vast majority of accounting professors still use traditional teaching methods, based in end-of-chapter exercises and written cases. Moreover, the current students’ generation brings new challenges to the classroom related with their video, game, internet and mobile culture. Thus, a survey and an experimentation were conducted to understand, on one hand, if accounting professors are willing to adjust their teaching methods with the adoption of interactive learning tools and, on the other hand, if the adoption of interactive learning tools in accounting classes yield better academic results and levels of satisfaction among students. Students using more interactive learning approaches scored significantly higher means than others that did not. Accounting professors are clearly willing to try, at least once, the use of an accounting simulator in classes.

Nicolas Sanson and his Map: The Course of the Amazon River

One of the first scientific maps of the Amazon region, The Course of the Amazon River (Le Cours de La Rivière des Amazones), was constructed by Nicolas Sanson, a French cartographer of the seventeenth century, and served as the prototype for many others. The evaluation of this chart, until now, has been that it is a very defective map, a sketch based on a historical account, according to the opinion of La Condamine. Thus, the aim of the present work was to prove that the map of the Amazon River traced by Nicolas Sanson is a scientific work, a map that presents precise geographic coordinates considering its time, shows a well-determined prime meridian, and also employs a creative methodology to deduce longitudes from latitudes and distances that had been covered. To show such characteristics, an analysis of the accuracy of the map was made by comparing its latitudes and longitudes with those of a current map. We determined the prime meridian of this map and analyzed the methodology used for the calculation of longitudes. The conclusion is that it is actually a good map for the time, particularly considering the technology and the limited information that Sanson had at his disposal. This proves that the negative assertion of La Condamine is unfounded.

An interactive web-based tool for breast reduction surgery simulation

In this work, we present a 3D web-based interactive tool for numerical modeling and simulation approach to breast reduction surgery simulation, to assist surgeons in planning all aspects related to breast reduction surgery before the actual procedure takes place, thereby avoiding unnecessary risks. In particular, it allows the modeling of the initial breast geometry, the definition of all aspects related to the surgery and the visualization of the post-surgery breast shape in a realistic environment.

Genetic regulatory mechanisms by means of extended interactive Petri nets

In our work we have chosen to integrate formalism for knowledge representation with formalism for process representation as a way to specify and regulate the overall activity of a multi-cellular agent. The result of this approach is XP,N, another formalism, wherein a distributed system can be modeled as a collection of interrelated sub-nets sharing a common explicit control structure. Each sub-net represents a system of asynchronous concurrent threads modeled by a set of transitions. XP,N combines local state and control with interaction and hierarchy to achieve a high-level abstraction and to model the complex relationships between all the components of a distributed system. Viewed as a tool XP,N provides a carefully devised conflict resolution strategy that intentionally mimics the genetic regulatory mechanism used in an organic cell to select the next genes to process.