Utilizando o Espaço Paramétrico para Computação Eficiente

Tese de Doutorado

(indexado pela 1ªvez em 30/11/2011)

Nome: Rafael Piccin Torchelsen
Instituição: UFRS - Instituto de Informática
Programa: Programa de Pós-Graduação em Computação
Orientador: João Dihl Comba e Rui Manuel Ribeiro de Bastos
Ano: 2010
País: Brasil

Resumo
O processo de parametrização de malhas em planos é um tópico de pesquisa  bastante explorado. Apesar do grande esforço despendido no  desenvolvimento de técnicas mais eficientes e robustas, pouco se tem  investido no uso das representações paramétricas geradas por estas  técnicas. Este trabalho apresenta contribuições relacionadas ao uso do  espaço paramétrico para computações eficientes. A principal motivação  vem do fato de alguns algoritmos serem mais eficientes quando aplicados  sobre a versão paramétrica da malha. Algoritmos para o cálculo de  distância mínima, por exemplo, podem ter um aumento significativo de  eficiência quando aplicados em versões paramétricas de malhas. Nossos  resultados demonstram que esses aumentos de eficiência podem chegar a  cerca de uma ordem de magnitude em alguns casos. As contribuições deste  trabalho possuem aplicação direta em três campos de pesquisa  relacionados à computação gráfica: displacement mapping, cálculo de  distâncias sobre superfícies e movimentação de agentes. A contribuição  relacionada a displacement mapping, apresentada no capítulo 4, é  utilizada para aumentar a performance de renderização e a qualidade  visual de terrenos em jogos.  O novo método de cálculo de distâncias  proposto, apresentado no capítulo 5, aumenta a eficiência de vários  algoritmos de cálculo de distância sobre superfícies de malhas. Este  novo método também é utilizado em uma nova técnica para cálculo de  movimentação de agentes em superfícies de malhas arbitrárias. Esta  técnica é apresentada no capítulo 6. O potencial da nova técnica de  cálculo de distância sobre malhas não está restrito aos exemplos  apresentados. Em geral, qualquer técnica que utilize o cálculo de  distância sobre superfícies de malhas de triângulos se beneficia das  contribuições deste trabalho, podendo-se citar como exemplos a geração  de texturas procedurais, rotulamento de superfícies, re-triangulação de  malhas e segmentação de malhas, entre outros.

Palavras-chave: 3D, Computação gráfica

Abstract
The process of parameterizing a mesh to the plane is an ongoing research topic. Although there are several works dedicated to parameterization techniques the use of the resulting parameterizations has received less attention. This work presents contributions related to the use of the parametric space to improve the computational efficiency of several algorithms. The main motivation comes from the fact that some algorithms are more efficiently computed on the parametric version of the mesh, compared to the 3-D version. For example, shortest distances can be computed, usually, an order of magnitude faster on the parametric space. The contributions of this work can be applied to at least three research fields related to computer graphics: displacement mapping, distance computation on the surface of triangular meshes and agent path planning. The contribution related to displacement mapping, presented in chapter 4, is used to increase the rendering performance and visual quality of terrains in games. The new method to compute distances, presented in chapter 5, increases the efficiency of several distance computation algorithms. This new method was also used on a novel agent path planning algorithm, to navigate agents on the surface of arbitrary meshes. This technique is presented in chapter 6. The potential of the new distance computation method is not restricted to the applications presented in this thesis. In general, any technique that uses distance computation on the surface of triangular meshes can have the performance improved by the method. We can cite the following applications: procedural texture generation, surface labeling, re-meshing, mesh segmentation, etc.

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Uma Proposta de um Motor de Animação para o Controle de Personagens Articulados Baseado em Autômatos Finitos

Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1ªvez em 30/11/2011)

Nome: José Diego Ferreira Martins 
Instituição: UFRS - Instituto de Informática
Programa: Programa de Pós-Graduação em Computação
Orientação: Luciana Porcher Nedel e Paulo Fernando Blauth Menezes
Ano: 2010
País: Brasil

Resumo
Segundo Thalmann em 1996, animação é a visualização da variação do  estado de objetos em relação ao tempo. A meta principal da animação  modelada por computador é sintetizar o efeito desejado de movimento que é  uma mistura de fenômenos naturais, percepção e imaginação. O sistema de  animação deve providenciar ferramentas de controle de movimento para  traduzir os desejos do usuário na linguagem do sistema. O controle dos  movimentos de uma animação pode ser dividido em duas classes de  algoritmos: a classe intencional, dirigida aos aspectos de controle em  alto nível, onde as intenções de uma animação são expressas e a classe  concreta, dirigida aos aspectos específicos de animação de objetos. A  relação hierárquica destas classes favorece a implementação de um motor  de animação usando camadas de abstração. Uma das abordagens atuais para a  construção de um motor de animação para atores humanóides é um sistema  implementado em camadas. A camada inferior lida com os movimentos  individuais das articulações. As intermediárias são responsáveis por  encapsular conjuntos de movimentos que atuam como tarefas simples. O  encapsulamento destas tarefas é feito por camadas superiores que lidam  com ações sensíveis ao ambiente.  Por fim, a camada de mais alto nível  atua no nível cognitivo onde um mecanismo dotado de capacidade de  raciocínio comanda ações aos atores de acordo com as informações do  contexto e também de acordo com as intenções, crenças e desejos dos  atores.
Este trabalho visa analisar uma proposta de implementação de um  motor de animação para simular o comportamento de atores humanóides,  gerando animações em três dimensões via World Wide Web. Dois modelos de  animação baseados no formalismo AFS (Autômato Finito com Saída) que  lidam com camadas específicas de abstração de um sistema de animação  serão apresentados. O modelo AGA-J é uma extensão do modelo AGA para  lidar com a classe concreta de movimentos de atores humanóides em 3D e  serve como camada de fundação para outros modelos. O modelo AGA gera  sequências animadas a partir de um conjunto de AFS que representam os  atores da animação e um conjunto de fitas de entrada que determinam os  comportamentos dos atores. O alfabeto de saída é representado por  imagens e efeitos sonoros e a animação se dá pela sequência das saídas  dos autômatos. O modelo AGA-T é um modelo orientado a tarefas, baseado  em autômatos probabilísticos e eventos.  Este modelo atua como uma  camada de nível superior sobre o AGA-J, e foi projetado para lidar com  alguns aspectos da classe intencional, sobretudo o encapsulamento de  movimentos através de tarefas. O formalismo de AFS foi escolhido para a  construção dos modelos porque propicia muitas características  importantes: saída configurável através da análise da fita de saída;  reusabilidade pelo fato de vários atores poderem usar o mesmo AFS; e  recuperação de informação, observando o estado atual dos autômatos dos  atores que compõem a animação.

Palavras-chave: Animação, WWW, Grafo de cena, Autômato finito

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Animação Bidimensional para World Wide Web Baseada em Autômatos Finitos

Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1ªvez em 30/11/2011)

Nome: Fernando Accorsi
Instituição: UFRGS / Instituto de Informática
Programa: Programa de Pós-Graduação em Computação
Orientador: Paulo Fernando Blauth Menezes e Luciana Porcher Nedel
Ano: 2002

Pais: Brasil

Resumo
Este trabalho aplica a Teoria de Autômatos na proposição de uma nova  alternativa para prover animações 2D na World Wide Web, verificando as  contribuições alcançadas para as questões relacionadas ao espaço de  armazenamento, reutilização e manutenção do conteúdo e suporte à  recuperação de informação. Para este objetivo, é proposto o modelo AGA  (Animação Gráfica baseada em Autômatos Finitos), o qual especifica a  animação a partir de uma estrutura baseada em autômatos finitos com  saída. Esse modelo é definido de tal forma que os mesmos autômatos  utilizados na especificação, ao serem simulados, realizam o controle da  animação durante a apresentação. O modelo AGA apresenta características  que favorecem a redução do espaço de armazenamento da animação, provêem  suporte à recuperação de informação, colaboram com a reutilização e  manutenção do conteúdo das animações. Uma implementação multiplataforma  foi desenvolvida para apresentar animações especificadas nesse modelo na  Web. Essa implementação proporciona a elaboração de consultas ao  conteúdo da animação, além dos recursos tradicionais de reprodução. A  partir dessa implementação, o AGA foi submetido a um estudo de caso  prático, onde os resultados obtidos são comparados com o produzidos pelo  GIF (Graphic Interchange Format).  Esse comparativo demonstra que o AGA  possui várias vantagens em relação à estrutura adotada pelo GIF. O  modelo AGA é estendido utilizando autômatos temporizados para prover  restrições temporais às especificações e também ampliar as  funcionalidades de interação com o observador da animação. Essa  extensão, chamada de modelo AGA-S (Animação Gráfica baseada em Autômatos  Temporizados Sincronizados), é definida a partir do autômato  temporizado proposto por Alur e Dill. Para esse modelo, é definida uma  operação formal para sincronização dos componentes da animação e  adicionada uma estrutura baseada em autômatos finitos para controlar a  interação do observador com a animação.

Palavras-chave: WWW, Animação, Teoria dos autômatos, Autômatos temporizados, Recuperação de informação

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Animação Computadorizada: A imagem em movimento expandida nos meios de comunicação digitais

Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1ªvez em 29/11/2011)

Nome: Daniel Grizante de Andrade
Instituição: PUC-SP - Dept. de Computação
Programa: Comunicação e Semiótica
Orientador: Giselle Beiguelman
Ano: 2007
País: Brasil

Resumo
A presente dissertação tem como objetivo a pesquisa e mapeamento das  mudanças sofridas pela animação em seus processos criativos e  produtivos com o crescente uso da computação e com o surgimento de novos  meios de comunicação digitais.
Devido à abrangência do termo  animação, decidiu-se priorizar uma linha histórico-evolutiva do que  conhecemos como cinema de animação.
Para tanto, foram analisadas  obras contemporâneas de animação que utilizam a tecnologia  computacional de forma inovadora para a linguagem, a exemplo de  trabalhos de artistas como Mark Napier, Marius Watz, Zachary Lieberman,  Ckoe, Hans Hoogerbrugge e Motomichi, além das séries de animaçãos para  internet Stainboy, Ninjai e Cinema Bulbo e dos filmes Waking life, Ryan,  Ghost in the shell, entre outros.
As análises deram-se a partir  da constatação deleuzia-na de que a imagem em movimento, da qual a  animação não se distingue, é produção de pensamento e, portanto,  resulta de uma sutil relação entre linguagem, meios, tecnologia,  intenções poéticas, estéticas e formações éticas, revelando verdadeiras  formas de reflexão.
A partir destas análises, surgiram três  grandes temas de suma importância para a compreensão desta animação  produzida mediante a utilização da computação: o movimento criado a  partir de códigos de programação, a imagem em movimento sintética e os  novos meios de recepção da animação e sua influ-ência no processo  criativo.
Constatou-se que a animação, linguagem historicamente  ligada aos meios tecnológicos, ocupa hoje lugar de destaque na atual  produção audiovisual, já que suas abordagens do movimento são  plenamente compatíveis com os conceitos contemporâneos de construção da  imagem em movimento.

Palavras-chave: Animação, Desenho animado, Cinema de animação, Computação gráfica, Arte tecnologia, Comunicação digital

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Métodos para um Sistema de Animação Facial Baseado em Aquisição Estereoscópica

Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1ªvez em 29/11/2011)

Nome: Rodrigo Assaf
Instituição: Universidade Federal de São Carlos - Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia

Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Orientador: José Hiroki Sato
Ano: 2006

País: Brasil

Resumo
A animação facial tem sido amplamente utilizada em diversas áreas de  aplicação e entretenimento, apresentando altos níveis de detalhamento e  avanços tecnológicos. Contudo, sua implementação ainda exige um trabalho árduo da equipe de produção podendo desprender muito tempo nesta etapa. Com  o objetivo de adequar um sistema estereoscópico a um sistema de  animação facial de baixo custo financeiro, este trabalho trata de  assuntos da área de animação e de seus principais fundamentos para serem  aplicados em uma face. Estudos da anatomia da face, como sistema  muscular e ósseo, são fundamentais para um melhor desempenho da animação  facial, pois é notável que a face é, naturalmente, um sistema complexo. Diversos paradigmas de sistemas faciais são abordados mostrando os atuais estágios desta área da computação gráfica. Os  princípios fundamentais de um sistema estereoscópico, que utiliza duas  imagens como referência, são abordados, enfocando seu uso no  desenvolvimento de métodos para uma animação facial. Esta pesquisa  baseou-se na demarcação de pontos de controle faciais em uma face  humana real, que foi modelada em 3D utilizando a técnica de box  modeling, para a realização dos métodos de estereoscopia, associação e  interpolação obtendo uma expressão facial e de sincronismo labial. A  utilização da estereoscopia mostrou-se, neste trabalho, como sendo uma  técnica eficiente para a captação das coordenadas 3D provenientes da  face real, resultando em uma animação facial realista. Encontrou-se  o re-uso, a portabilidade, a criação de target morphings e a criação de  keyframes como as principais contribuições da estereoscopia, permitindo  sua ampla utilização.

Palavras-chave: Computação gráfica, Processamento de imagens, Animação por computador, Aquisição 3D

Abstract

Facial animation has been widely used in many areas of applications and entertainment, presenting high levels of details and technology. However, its implementation still demands lots of hard work from the producer team. Aiming at the adaptation of a stereoscopic system to a financial low cost facial animation system, this research covers animation subjects and their main principles, in order to use them on an animated face. Studies on face anatomy, such as bones and muscles, are considered important to enhance the facial animation results. Several paradigms are covered in order to demonstrate the actual stage of this computer graphic area. The main aspects of a stereoscopic system, which uses two images as reference, presented in this work, are focused on a method development for a facial animation system. This research is based on facial control points on a human face, which is 3D modeled using the box modeling technique. The 3D virtual face is used to apply an ending result of a facial expression or lip sync obtained from the methods of stereoscopy, association and interpolation. The use of the stereoscopy demonstrated to be an efficient technique to capture 3D coordinates from real faces and use them to develop a realistic facial animation. The re-use, portability, target morphing, and key frames are the main contributions of the use of the stereoscopy in a facial animation system.

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