Geometric optimization on visibility problems: metaheuristic and exact solutions

Os problemas de visibilidade têm diversas aplicações a situações reais. Entre os mais conhecidos, e exaustivamente estudados, estão os que envolvem os conceitos de vigilância e ocultação em estruturas geométricas (problemas de vigilância e ocultação). Neste trabalho são estudados problemas de visibilidade em estruturas geométricas conhecidas como polígonos, uma vez que estes podem representar, de forma apropriada, muitos dos objectos reais e são de fácil manipulação computacional. O objectivo dos problemas de vigilância é a determinação do número mínimo de posições para a colocação de dispositivos num dado polígono, de modo a que estes dispositivos consigam “ver” a totalidade do polígono. Por outro lado, o objectivo dos problemas de ocultação é a determinação do número máximo de posições num dado polígono, de modo a que quaisquer duas posições não se consigam “ver”. Infelizmente, a maior parte dos problemas de visibilidade em polígonos são NP-difíceis, o que dá origem a duas linhas de investigação: o desenvolvimento de algoritmos que estabelecem soluções aproximadas e a determinação de soluções exactas para classes especiais de polígonos. Atendendo a estas duas linhas de investigação, o trabalho é dividido em duas partes. Na primeira parte são propostos algoritmos aproximados, baseados essencialmente em metaheurísticas e metaheurísticas híbridas, para resolver alguns problemas de visibilidade, tanto em polígonos arbitrários como ortogonais. Os problemas estudados são os seguintes: “Maximum Hidden Vertex Set problem”, “Minimum Vertex Guard Set problem”, “Minimum Vertex Floodlight Set problem” e “Minimum Vertex k-Modem Set problem”. São também desenvolvidos métodos que permitem determinar a razão de aproximação dos algoritmos propostos. Para cada problema são implementados os algoritmos apresentados e é realizado um estudo estatístico para estabelecer qual o algoritmo que obtém as melhores soluções num tempo razoável. Este estudo permite concluir que as metaheurísticas híbridas são, em geral, as melhores estratégias para resolver os problemas de visibilidade estudados. Na segunda parte desta dissertação são abordados os problemas “Minimum Vertex Guard Set”, “Maximum Hidden Set” e “Maximum Hidden Vertex Set”, onde são identificadas e estudadas algumas classes de polígonos para as quais são determinadas soluções exactas e/ou limites combinatórios.

Good-visibility computation using graphics hardware

Aquesta tesi tracta del disseny, implementació i discussió d'algoritmes per resoldre problemes de visibilitat i bona-visibilitat utilitzant el hardware gràfic de l'ordinador. Concretament, s'obté una discretització dels mapes de multi-visibilitat i bona-visibilitat a partir d'un conjunt d'objectes de visió i un conjunt d'obstacles. Aquests algoritmes són útils tant per fer càlculs en dues dimensions com en tres dimensions. Fins i tot ens permeten calcular-los sobre terrenys.

Visibility and proximity on triangulated surfaces

En aquesta tesi es solucionen problemes de visibilitat i proximitat sobre superfícies triangulades considerant elements generalitzats. Com a elements generalitzats considerem: punts, segments, poligonals i polígons. Les estrategies que proposem utilitzen algoritmes de geometria computacional i hardware gràfic. Comencem tractant els problemes de visibilitat sobre models de terrenys triangulats considerant un conjunt d'elements de visió generalitzats. Es presenten dos mètodes per obtenir, de forma aproximada, mapes de multi-visibilitat. Un mapa de multi-visibilitat és la subdivisió del domini del terreny que codifica la visibilitat d'acord amb diferents criteris. El primer mètode, de difícil implementació, utilitza informació de visibilitat exacte per reconstruir de forma aproximada el mapa de multi-visibilitat. El segon, que va acompanyat de resultats d'implementació, obté informació de visibilitat aproximada per calcular i visualitzar mapes de multi-visibilitat discrets mitjançant hardware gràfic. Com a aplicacions es resolen problemes de multi-visibilitat entre regions i es responen preguntes sobre la multi-visibilitat d'un punt o d'una regió. A continuació tractem els problemes de proximitat sobre superfícies polièdriques triangulades considerant seus generalitzades. Es presenten dos mètodes, amb resultats d'implementació, per calcular distàncies des de seus generalitzades sobre superfícies polièdriques on hi poden haver obstacles generalitzats. El primer mètode calcula, de forma exacte, les distàncies definides pels camins més curts des de les seus als punts del poliedre. El segon mètode calcula, de forma aproximada, distàncies considerant els camins més curts sobre superfícies polièdriques amb pesos. Com a aplicacions, es calculen diagrames de Voronoi d'ordre k, i es resolen, de forma aproximada, alguns problemes de localització de serveis. També es proporciona un estudi teòric sobre la complexitat dels diagrames de Voronoi d'ordre k d'un conjunt de seus generalitzades en un poliedre sense pesos.

Some results on open-edge and open mobile guarding of polygons and triangulations

This paper focuses on a variation of the Art Gallery problem that considers open-edge guards and open mobile-guards. A mobile guard can be placed on edges and diagonals of a polygon, and the ‘open’ prefix means that the endpoints of such an edge or diagonal are not taken into account for visibility purposes. This paper studies the number of guards that are sufficient and sometimes necessary to guard some classes of simple polygons for both open-edge and open mobile-guards. A wide range of polygons is studied, which include orthogonal polygons with or without holes, spirals, orthogonal spirals and monotone polygons. Moreover, this problem is also considered for planar triangulation graphs using open-edge guards.

A simulator study of deepwater port shiphandling and navigation problems in poor visibility /

"Report No. CG-D-66-80."

A case of community safety : displacing complex ‘social’ problems in Fortitude Valley

Public dialogue regarding the high concentration of drug use and crime in inner city locations is frequently legitimised through visibility of drug-using populations and a perception of high crime rates. The public space known as the Brunswick Street Mall (Valley mall), located in the inner city Brisbane suburb of Fortitude Valley, has long provided the focal point for discussions regarding the problem of illicit drug use and antisocial behaviour in Brisbane. During the late 1990s a range of stakeholders in Fortitude Valley became mobilised to tackle crime and illicit drugs. In particular they wanted to dismantle popular perceptions of the area as representing the dark and unsafe side of Brisbane. The aim of this campaign was to instil a sense of safety in the area and dislodge Fortitude Valley from its reputation as a =symbolic location of danger‘. This thesis is a case study about an urban site that became contested by the diverse aims of a range of stakeholders who were invested in an urban renewal program and community safety project. This case study makes visible a number of actors that were lured from their existing roles in an indeterminable number of heterogeneous networks in order to create a community safety network. The following analysis of the community safety network emphasises some specific actors: history, ideas, technologies, materialities and displacements. The case study relies on the work of Foucault, Latour, Callon and Law to draw out the rationalities, background contingencies and the attempts to impose order and translate a number of entities into the community safety project in Fortitude Valley. The results of this research show that the community safety project is a case of ontological politics. Specifically the data indicates that both the (reality) problem of safety and the (knowledge) solution to safety were created simultaneously. This thesis explores the idea that while violence continues to occur in the Valley, evidence that community safety got done is located through mapping its displacement and eventual disappearance. As such, this thesis argues that community safety is a =collateral reality‘.

Limited range coverage problems

Tal como o título indica, esta tese estuda problemas de cobertura com alcance limitado. Dado um conjunto de antenas (ou qualquer outro dispositivo sem fios capaz de receber ou transmitir sinais), o objectivo deste trabalho é calcular o alcance mínimo das antenas de modo a que estas cubram completamente um caminho entre dois pontos numa região. Um caminho que apresente estas características é um itinerário seguro. A definição de cobertura é variável e depende da aplicação a que se destina. No caso de situações críticas como o controlo de fogos ou cenários militares, a definição de cobertura recorre à utilização de mais do que uma antena para aumentar a eficácia deste tipo de vigilância. No entanto, o alcance das antenas deverá ser minimizado de modo a manter a vigilância activa o maior tempo possível. Consequentemente, esta tese está centrada na resolução deste problema de optimização e na obtenção de uma solução particular para cada caso. Embora este problema de optimização tenha sido investigado como um problema de cobertura, é possível estabelecer um paralelismo entre problemas de cobertura e problemas de iluminação e vigilância, que são habitualmente designados como problemas da Galeria de Arte. Para converter um problema de cobertura num de iluminação basta considerar um conjunto de luzes em vez de um conjunto de antenas e submetê-lo a restrições idênticas. O principal tema do conjunto de problemas da Galeria de Arte abordado nesta tese é a 1-boa iluminação. Diz-se que um objecto está 1-bem iluminado por um conjunto de luzes se o invólucro convexo destas contém o objecto, tornando assim este conceito num tipo de iluminação de qualidade. O objectivo desta parte do trabalho é então minimizar o alcance das luzes de modo a manter uma iluminação de qualidade. São também apresentadas duas variantes da 1-boa iluminação: a iluminação ortogonal e a boa !-iluminação. Esta última tem aplicações em problemas de profundidade e visualização de dados, temas que são frequentemente abordados em estatística. A resolução destes problemas usando o diagrama de Voronoi Envolvente (uma variante do diagrama de Voronoi adaptada a problemas de boa iluminação) é também proposta nesta tese.

REDUCING NUISANCE CANADA GOOSE PROBLEMS THROUGH HABITAT MANIPULATION

Urban populations of Canada geese (Branta canadensis) cause considerable problems when large numbers congregate in parks, playing fields, and backyards. In most cases, geese are drawn to these sites to feed on the lawns. I tested whether geese have feeding preferences for different grass species. Captive Canada geese preferred Kentucky bluegrass (Poa pratensis) and disliked tall fescue (Festuca arundinaceae) over colonial bentgrass (Agrostis tenuis cv. Highland), perennial ryegrass (Lolium perenne), and red fescue (Festuca rubra). They refused to eat some other ground covers such as pachysandra (Pachysandra terminalis) and English ivy (Hedera helix). These results suggest that goose numbers at problem sites could be reduced by changing the ground cover. I also compared the characteristics of foraging sites used by geese to other foraging sites that geese avoided. Occupied sites were more open so that geese had clearer visibility and greater ease in taking off and landing. This suggests that goose numbers at problem sites also could be reduced by planting tall trees to make it harder for the geese to fly away, and planting bushes and hedges to obstruct a goose's visibility.

Driver's visibility requirements for roadway delineation. Vol. II: color identification of yellow highway paint as a function of yellow/white pigment mixture ratio. Final report.

Federal Highway Administration, Washington, D.C.