Interação com objetos digitais 3D em estúdios virtuais

Pós-graduação em Televisão Digital: Informação e Conhecimento - FAAC

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.

Interface virtual com sensor 3D para interação de pessoas acamadas

A interação homem-máquina tem evoluído significativamente nos últimos anos, a ponto de permitir desenvolver soluções adequadas para apoio a pessoas que possuem um certo tipo de limitação física ou cognitiva. O desenvolvimento de técnicas naturais e intuitivas de interação, as chamadas Natural User Interface (NUI), permitem, hoje, que pessoas que estejam acamadas e/ou com incapacidade motora possam executar um conjunto de ações por intermédio de gestos, aumentando assim a sua qualidade de vida. A solução implementada neste projecto é baseada em processamento de imagem e visão por computador através do sensor 3D Kinect e consiste numa interface natural para o desenvolvimento de uma aplicação que reconheça gestos efetuados por uma mão humana. Os gestos identificados pela aplicação acionam um conjunto de ações adequados a uma pessoa acamada, como, por exemplo, acionar a emergência, ligar ou desligar a TV ou controlar a inclinação da cama. O processo de desenvolvimento deste projeto implicou várias etapas. Inicialmente houve um trabalho intenso de investigação sobre as técnicas e tecnologias consideradas importantes para a realização do trabalho - a etapa de investigação, a qual acompanhou praticamente todo o processo. A segunda etapa consistiu na configuração do sistema ao nível do hardware e do software. Após a configuração do sistema, obtiveram-se os primeiros dados do sensor 3D Kinect, os quais foram convertidos num formato mais apropriado ao seu posterior tratamento. A segmentação da mão permitiu posteriormente o reconhecimento de gestos através da técnica de matching para os seis gestos implementados. Os resultados obtidos são satisfatórios, tendo-se contabilizado cerca de 96% de resultados válidos. A área da saúde e bem-estar tem necessidade de aplicações que melhorem a qualidade de vida de pessoas acamadas, nesse sentido, o protótipo desenvolvido faz todo o sentido na sociedade actual, onde se verifica o envelhecimento da população.

Utilização de modelos virtuais tridimensionais na interação com a informação georreferenciada

Esta pesquisa tem como finalidade explorar os recursos de interação do usuário com a informação georreferenciada, utilizando o próprio ambiente físico e seus elementos como interface. A indexação geográfica de arquivos digitais e os recursos disponíveis pela computação móvel estabeleceram um novo modelo de interação com a informação. Cabe ao designer criar sistemas e interfaces que levem em consideração a localização do usuário no acesso da informação atribuída ao entorno. Foi identificado que as soluções desenvolvidas para esse propósito utilizam telas e outros aparatos tecnológicos que constrangem a relação do usuário com o ambiente e interferem na experiência interativa. Como desdobramento da pesquisa foi desenvolvido um aplicativo que dispensa a tela na visualização e interação com a camada informacional do ambiente físico. O sistema utiliza os sensores de localização e orientação presentes nos smartphones para interagir com o entorno mapeado e georreferenciado. Dessa forma, o usuário, ao apontar o aparelho e selecionar diretamente o objeto de interesse, recebe os dados atribuídos a ele. Sem a interferência de telas ou dispositivos imersivos, o próprio ambiente se apresenta como interface de interação, dispensando novos ícones ou símbolos e tornando a tecnologia mais sutil em seu uso cotidiano.

O trabalho de projeto em ambientes 3D e as aprendizagens de sistemas multimédia : uma prática de ensino com alunos do 12º ano

Relatório da Prática de Ensino Supervisionada, Ensino de Informática, Universidade de Lisboa, 2013

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Avaliação de técnicas de interação egocêntricas em ambientes virtuais

Navegação, seleção e manipulação de objetos em ambientes virtuais são baseadas em métodos (técnicas de interação) associados a dispositivos convencionais ou especiais. Existem várias técnicas e dispositivos à disposição dos que desenvolvem aplicações com tais ambientes, sendo a escolha da técnica mais adequada uma tarefa difícil. Neste trabalho, são apresentadas diversas técnicas de interação existentes, suas metáforas e taxonomias, para realizar tarefas de seleção e manipulação de objetos e navegação do usuário pelo AV. A metodologia adotada nos experimentos realizados, visando a avaliar técnicas de interação em AVs imersivos foi composta por critérios de avaliação de interfaces de IHC (interface humano-computador), com critérios utilizados por Bowman, Mine e Poupyrev em seus experimentos com interfaces 3D. Também são apresentados alguns experimentos realizados, tendo vista avaliarem-se técnicas de interação na realização de tarefas de navegação, seleção e manipulação de objetos em ambientes virtuais imersivos. O objetivo deste trabalho foi a realização de experimentos para avaliar técnicas de interação para operações de seleção, manipulação e navegação em ambientes virtuais. Foram realizadas duas experiências: a primeira é uma avaliação de técnicas de seleção e manipulação em um ambiente semi-imersivo similar a um jogo de xadrez. As técnicas avaliadas são a mão virtual, associada a um mouse comum e a uma luva; e a ray-casting, associada à luva. Observou-se que o desempenho dos sujeitos é superior, quando a técnica utilizada é a mão virtual associada ao mouse comum. A segunda experiência apresenta uma avaliação experimental de dispositivos de RV em tarefas de navegação. Foi criado um ambiente, contendo um edifício com um elevador panorâmico e corredores de entrada e saída. Os testes foram realizados num ambiente imersivo, com capacete e luva, e, também em um ambiente semi-imersivo, com mouse comum e óculos com lentes de cristal líquido. Nesse segundo experimento, a preferência dos usuários pelos equipamentos utilizados foram o capacete e a luva. Observou-se que a existência ou não de objetos familiares no trajeto percorrido pelo usuário, não afeta a quantidade de colisões do sujeito com as mesmas.

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.

Impressoras 3D: o direito da propriedade intelectual precisará alcançar novas dimensões?

A presente monografia tem como objeto a análise dos possíveis impactos causados no campo da Propriedade Intelectual oriundos do desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D. Este trabalho se estrutura em torno de três grandes seções. A primeira visa à apresentação das impressoras 3D ao leitor, descrevendo um pouco de sua história e, também, suas aplicações. A segunda expõe os principais contornos jurídicos que caracterizam a Propriedade Intelectual e os direitos dela decorrentes, relacionando-os com a impressão 3D. Na última seção, por fim, realiza-se uma reflexão quanto aos desafios apresentados no decorrer do texto e, também, a apresentação de situações que indicam possíveis rumos para a interação entre a tecnologia em questão e a Propriedade Intelectual.

Construção de modelos de interação in silico e in vitro do inibidor do tipo Kunitz de Adenanthera pavonina L. para as enzimas cisteínicas e serínicas

Serines proteinases inhibitors (PIs) are widely distributed in nature and are able to inhibit both in vitro and in vivo enzymatic activites. Seed PIs in than leguminous are classified in seven families, Bowman-Birk and Kunitz type families that most studied representing an important role in the first line of defense toward insects pests. Some Kunitz type inhibitors possess activities serine and cysteine for proteinases named bifunctional inhibitor, as ApTKI the inhibitor isolate from seed of Adenanthera pavonina. The A. pavonina inhibitor presenting the uncommon property and was used for interaction studies between proteinases serine (trypsin) and cysteine (papain). In order to determinate the in vitro interaction of ApTKI against enzymes inhibitor purification was carried cut by using chromatographic techniques and inhibition assays. The 3D model of the bifunctional inhibitor ApTKI was constructed SWISS-MODEL program by homology modeling using soybean trypsin inhibitor (STI, pdb:1ba7), as template which presented 40% of identity to A. pavonina inhibitor. Model quality was evaluated by PROCHECK program. Moreover in silico analyzes of formed complex between the enzymes and ApTKI was evaluated by HEX 4.5 program. In vitro results confirmed the inhibitory assays, where the inhibitor presented the ability to simultaneously inhibit trypsin and papain. The residues encountered in the inhibitor model of folder structural three-dimensional that make contact to enzymes target coud explain the specificity pattern against serine and cysteine proteinases

Simulação computacional da interação fluido-estrutura em bombas de cavidades progressivas

The pumping through progressing cavities system has been more and more employed in the petroleum industry. This occurs because of its capacity of elevation of highly viscous oils or fluids with great concentration of sand or other solid particles. A Progressing Cavity Pump (PCP) consists, basically, of a rotor - a metallic device similar to an eccentric screw, and a stator - a steel tube internally covered by a double helix, which may be rigid or deformable/elastomeric. In general, it is submitted to a combination of well pressure with the pressure generated by the pumping process itself. In elastomeric PCPs, this combined effort compresses the stator and generates, or enlarges, the clearance existing between the rotor and the stator, thus reducing the closing effect between their cavities. Such opening of the sealing region produces what is known as fluid slip or slippage, reducing the efficiency of the PCP pumping system. Therefore, this research aims to develop a transient three-dimensional computational model that, based on single-lobe PCP kinematics, is able to simulate the fluid-structure interaction that occurs in the interior of metallic and elastomeric PCPs. The main goal is to evaluate the dynamic characteristics of PCP s efficiency based on detailed and instantaneous information of velocity, pressure and deformation fields in their interior. To reach these goals (development and use of the model), it was also necessary the development of a methodology for generation of dynamic, mobile and deformable, computational meshes representing fluid and structural regions of a PCP. This additional intermediary step has been characterized as the biggest challenge for the elaboration and running of the computational model due to the complex kinematic and critical geometry of this type of pump (different helix angles between rotor and stator as well as large length scale aspect ratios). The processes of dynamic generation of meshes and of simultaneous evaluation of the deformations suffered by the elastomer are fulfilled through subroutines written in Fortan 90 language that dynamically interact with the CFX/ANSYS fluid dynamic software. Since a structural elastic linear model is employed to evaluate elastomer deformations, it is not necessary to use any CAE package for structural analysis. However, an initial proposal for dynamic simulation using hyperelastic models through ANSYS software is also presented in this research. Validation of the results produced with the present methodology (mesh generation, flow simulation in metallic PCPs and simulation of fluid-structure interaction in elastomeric PCPs) is obtained through comparison with experimental results reported by the literature. It is expected that the development and application of such a computational model may provide better details of the dynamics of the flow within metallic and elastomeric PCPs, so that better control systems may be implemented in the artificial elevation area by PCP

Análises estratigráfica e estrutural da Seção Rifte (Valanginiano ao Barremiano) na área do levantamento sísmico 3D de baixo vermelho, Bacia Potiguar emersa

Baixo Vermelho area, situated on the northern portion of Umbuzeiro Graben (onshore Potiguar Basin), represents a typical example of a rift basin, characterized, in subsurface, by the sedimentary rift sequence, correlated to Pendência Formation (Valanginian-Barremian), and by the Carnaubais fault system. In this context, two main goals, the stratigraphic and the structural analysis, had guided the research. For this purpose, it was used the 3D seismic volume and eight wells located in the study area and adjacencies. The stratigraphic analysis of the Valanginian-Barremian interval was carried through in two distinct phases, 1D and 2D, in which the basic concepts of the sequence stratigraphy had been adapted. In these phases, the individual analysis of each well and the correlation between them, allowed to recognize the main lithofacies, to interpret the effective depositional systems and to identify the genetic units and key-surfaces of chronostratigraphic character. The analyzed lithofacies are represented predominantly by conglomerates, sandstones, siltites and shales, with carbonate rocks and marls occurring subordinately. According to these lithofacies associations, it is possible to interpret the following depositional systems: alluvial fan, fluvio-deltaic and lacustrine depositional systems. The alluvial fan system is mainly composed by conglomerates deposits, which had developed, preferentially in the south portion of the area, being directly associated to Carnaubais fault system. The fluvial-deltaic system, in turn, was mainly developed in the northwest portion of the area, at the flexural edge, being characterized by coarse sandstones with shales and siltites intercalated. On the other hand, the lacustrine system, the most dominant one in the study area, is formed mainly by shales that could occur intercalated with thin layers of fine to very fine sandstones, interpreted as turbidite deposits. The recognized sequence stratigraphy units in the wells are represented by parasequence sets, systems tracts and depositional sequences. The parasequence sets, which are progradational or retrogradational, had been grouped and related to the systems tracts. The predominance of the progradation parasequence sets (general trend with coarsening-upward) characterizes the Regressive Systems Tract, while the occurrence, more frequently, of the retrogradation parasequence sets (general trend with finning-upward) represents the Transgressive System Tract. In the seismic stratigraphic analysis, the lithofacies described in the wells had been related to chaotic, progradational and parallel/subparallel seismic facies, which are associated, frequently, to the alluvial fans, fluvial-deltaic and lacustrine depositional systems, respectively. In this analysis, it was possible to recognize fifteen seismic horizons that correspond to sequence boundaries and to maximum flooding surfaces, which separates Transgressive to Regressive systems tracts. The recognition of transgressive-regressive cycles allowed to identify nine, possibly, 3a order deposicional sequences, related to the tectonic-sedimentary cycles. The structural analysis, in turn, was done at Baixo Vermelho seismic volume, which shows, clearly, the structural complexity printed in the area, mainly related to Carnaubais fault system, acting as an important fault system of the rift edge. This fault system is characterized by a main arrangement of normal faults with trend NE-SO, where Carnaubais Fault represents the maximum expression of these lineations. Carnaubais Fault corresponds to a fault with typically listric geometry, with general trend N70°E, dipping to northwest. It is observed, throughout all the seismic volume, with variations in its surface, which had conditioned, in its evolutive stages, the formation of innumerable structural features that normally are identified in Pendencia Formation. In this unit, part of these features is related to the formation of longitudinal foldings (rollover structures and distentional folding associated), originated by the displacement of the main fault plan, propitiating variations in geometry and thickness of the adjacent layers, which had been deposited at the same time. Other structural features are related to the secondary faultings, which could be synthetic or antithetic to Carnaubais Fault. In a general way, these faults have limited lateral continuity, with listric planar format and, apparently, they play the role of the accomodation of the distentional deformation printed in the area. Thus, the interaction between the stratigraphic and structural analysis, based on an excellent quality of the used data, allowed to get one better agreement on the tectonicsedimentary evolution of the Valanginian-Barremian interval (Pendência Formation) in the studied area

Propriedades magnéticas de nanoestruturas de metais de transição 3d adsorvidas na superfície de Pt(111)

Neste trabalho, utilizamos o método de primeiros princípios, RS-LMTO-ASA (“Real Space - Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation”), baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e implementado para o cálculo de estruturas magnéticas não-colineares, para investigar as propriedades magnéticas de nanoestruturas de metais de transição 3d (Cr, Mn, Fe, Co e Ni) adsorvidas na superfície de Pt(111). Diferentes geometrias como adátomos, dímeros, trímeros, fios lineares e zig-zag foram consideradas e, o tamanho dos aglomerados foi variado de 2 a 7 átomos. Mostramos que os aglomerados de Fe, Co e Ni sobre a superfície de Pt(111), para todas as geometrias simuladas, apresentam um ordenamento ferromagnético. Devido à redução do número de coordenação presente na superfície, os momentos de spin e orbital nos sítios de Fe, Co e Ni, para as diferentes geometrias, mostram-se elevados comparados com os respectivos valores dos momentos destes metais como bulk. Para os glomerados de Cr e Mn mostramos que a interação de troca antiferromagnética entre primeiros vizinhos leva a um ordenamento antiferromagnético colinear no caso de geometrias lineares. No entanto, se o antiferromagnetismo é frustrado por restrição geométrica imposta aos aglomerados pela superfície triangular do substrato, obtém-se um comportamento magnético não-colinear para aglomerados de Cr e Mn sobre a Pt(111). Nossos resultados estão em boa concordância com os resultados experimentais da literatura e com os resultados teóricos obtidos por outros métodos, quando existentes.

Aspectos formais da trilha musical de Yasunori Mitsuda para o game Chrono Cross e sua interação com o enredo

This work has the aim of evince compositional tools used in the development of musical scores for role-playing videogames through the analysis of Yasunori Mitsuda’s music for Chrono Cross (1999). This research is divided in two main parts: the first traces a historic path of the RPG genre on videogame consoles, since its birth as a tabletop game in the decade of 1970 until its consolidation on 3D game machines released in the 1990’s. The focus of this historical study concentrates on the aesthetics of this kind of game and on the multiple relations it settles with sound throughout the years. The second part is an analytical work on an assortment of pieces by Mitsuda for the aforementioned game, bringing up the most interesting aspects of the connections established between these compositions and the whole game.

Reconhecimento de faces 3D com Kinect

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)