Integração de Sistemas de Partículas com Detecção de Colisões em Ambientes de Ray Tracing

Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1ªvez em 30/11/2011)

Autor: Mauro Steigleder
Instituição: UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Programa: Curso de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Orientador: Anatolio Laschuk
Ano: 1997

País: Brasil

Resumo
Encontrar um modo de criar imagens fotorealísticas tem sido uma meta da Computação Gráfica por muitos anos [GLA 89].
Neste sentido, os aspectos que possuem principal importância são a modelagem e a iluminação.
Ao  considerar aspectos de modelagem, a obtenção de realismo mostra-se  bastante difícil quando se pretende, através de técnicas tradicionais de  modelagem, modelar objetos cujas formas não são bem definidas.
Dentre alguns exemplos destes tipos de objetos, podem-se citar fogo, fumaça, nuvens, água, etc.
Partindo  deste fato, Reeves [REE 83] introduziu uma técnica denominada sistemas  de partículas para efetuar a modelagem de fogo e explosões.
Um sistema de partículas pode ser visto como um conjunto de partículas que evoluem ao longo do tempo.
Os procedimentos envolvidos na animação de um sistema de partículas são bastante simples.
Basicamente,  a cada instante de tempo, novas partículas são geradas, os atributos  das partículas antigas são alterados, ou estas partículas podem ser  extintas de acordo com certas regras pré-definidas.
Como as  partículas de um sistema são entidades dinâmicas, os sistemas de  partículas são especialmente adequados para o uso em animação.
Ainda,  dentre as principais vantagens dos sistemas de partículas quando  comparados com as técnicas tradicionais de modelagem, podem-se citar a  facilidade da obtenção de efeitos sobre as partículas (como borrão de  movimento), a necessidade de poucos dados para a modelagem global do  fenômeno, o controle por processos estocásticos, o nível de detalhamento  ajustável e a possibilidade de grande controle sobre as suas  deformações.
Entretanto, os sistemas de partículas possuem  algumas limitações e restrições que provocaram o pouco desenvolvimento  de algoritmos específicos nesta área.
Dentre estas limitações, as  principais são a dificuldade de obtenção de efeitos realísticos de  sombra e reflexão, o alto consumo de memória e o fato dos sistemas de  partículas possuírem um processo de animação específico para cada efeito  que se quer modelar.
Poucos trabalhos foram desenvolvidos  especificamente para a solução destes problemas, sendo que a maioria se  destina à modelagem de fenômenos através de sistemas de partículas.
Tendo em vista tais deficiências, este trabalho apresenta métodos para as soluções destes problemas.
é  apresentado um método para tornar viável a integração de sistemas de  partículas em ambientes de Ray Tracing, através do uso de uma grade  tridimensional.
Também, são apresentadas técnicas para a  eliminação de efeitos de aliasing das partículas, assim como para a  redução da quantidades de memória exigida para o armazenamento dos  sistemas de partículas.
Considerando aspectos de animação de  sistemas de partículas, também é apresentado uma técnica de aceleração  para a detecção de colisões entre o sistema de partículas e os objetos  de uma cena, baseada no uso de uma grade pentadimensional.
Aspectos  relativos à implementação, tempo de processamento e fatores de  aceleração são apresentados no final do trabalho, assim como as  possíveis extensões futuras e trabalhos sendo realizados.

Palavras-chave: Sistemas de partículas, Computação gráfica, Foto-realismo, Técnicas de aceleração

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Avaliação da Compressão de Dados e da Qualidade de Imagem em Modelos de Animação Gráfica para Web: Uma nova abordagem baseada em complexidade de Kolmogorov

Tese de Doutorado

(indexado pelo 1ªvez em 30/11/2011)

Autor: Carlos Antonio Pereira Campani 
Instituição: UFRS - Instituto de Informática
Programa: Programa de Pós-Graduação em Computação
Orientador: Paulo Fernando Blauth Menezes
Ano: 2005
País: Brasil

Resumo
Este trabalho versa sobre a avaliação da compressão de dados e da  qualidade de imagens e animações usando-se complexidade de Kolmogorov,  simulação de máquinas e distância de informação. Complexidade de Kolmogorov é uma teoria da informação e da aleatoriedade baseada na máquina de Turing. No  trabalho é proposto um método para avaliar a compressão de dados de  modelos de animação gráfica usando-se simulação de máquinas. Também  definimos formalmente compressão de dados com perdas e propomos a  aplicação da distância de informação como uma métrica de qualidade de  imagem. O desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a  compressão de dados de modelos de animação gráfica para web é útil, a  medida que as páginas na web estão sendo cada vez mais enriquecidas com  animações, som e vídeo, e a economia de banda de canal tornase  importante, pois os arquivos envolvidos são geralmente grandes. Boa  parte do apelo e das vantagens da web em aplicações como, por exemplo,  educação à distância ou publicidade, reside exatamente na existência de  elementos multimídia, que apoiam a idéia que está sendo apresentada na  página. Como estudo de caso, o método de comparação e avaliação de  modelos de animação gráfica foi aplicado na comparação de dois modelos:  GIF (Graphics Interchange Format) e AGA (Animação Gráfica baseada em  Autômatos finitos), provando formalmente que AGA é melhor que GIF  ("melhor" significa que AGA comprime mais as animações que GIF). Foi  desenvolvida também uma definição formal de compressão de dados com  perdas com o objetivo de estender a metodologia de avalição apresentada  Distância de informação é proposta como uma nova métrica de qualidade de  imagem, e tem como grande vantagem ser uma medida universal, ou seja,  capaz de incorporar toda e qualquer medida computável concebível. A  métrica proposta foi testada em uma série de experimentos e comparada  com a distância euclidiana (medida tradicionalmente usada nestes casos). Os  resultados dos testes são uma evidência prática que a distância  proposta é efetiva neste novo contexto de aplicação, e que apresenta, em  alguns casos, resultados superiores ao da distância euclidiana. Isto também é uma evidência que a distância de informação é uma métrica mais fina que a distância euclidiana. Também mostramos que há casos em que podemos aplicar a distância de informação, mas não podemos aplicar a distância euclidiana. A  métrica proposta foi aplicada também na avaliação de animações gráficas  baseadas em frames, onde apresentou resultados melhores que os obtidos  com imagens puras. Este tipo de avaliação de animações é inédita na literatura, segundo revisão bibliográfica feita. Finalmente,  neste trabalho é apresentado um refinamento à medida proposta que  apresentou resultados melhores que a aplicação simples e direta da  distância de informação.

Palavras-chave: Complexidade de Kolmogorov, Teoria da informação, Compressão de dados, Qualidade de imagem, Animação gráfica, Teoria da computação

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Otimização de Desempenho em Planejadores de Caminho Usando Campos Potenciais

Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação

(indexado pela 1ªvez em 30/11/2011)

Autor: Leonardo Garcia Fischer 
Instituição: UFRGS - Instituto de Informática
Orientador: Luciana Porcher Nedel e Renato Silveira
Ano: 2008

País: Brasil

Resumo
A animação de personagens autônomos interessa a muitas áreas, tais como  filmes, jogos e simulações. O seu principal objeto de estudo é a  definição de maneiras de reproduzir, de forma realística, um dado ser  (seja ele vivo, mecânico ou mesmo imaginário). Diversas técnicas já  foram propostas tentando se alcançar alta qualidade na animação final.  Porém, percebe-se que essas propostas são cada vez mais complexas,  dificultando o seu uso em aplicações de tempo real. Dessa forma, o  desempenho do algoritmo que executa a animação pode ser tão importante  quanto à qualidade da própria animação. Uma técnica que gere resultados  de alta qualidade, mas que não possa ser executada em tempo real será  bastante limitada quanto à sua aplicabilidade. Nesse sentido, esse  trabalho apresenta o estudo de um desses algoritmos, apresentando uma  forma de melhorar o seu desempenho, visando o seu uso em aplicações de  tempo real. Esse ganho de desempenho será alcançado utilizando as  características paralelizáveis do algoritmo estudado. Para alcançar  esse objetivo, este trabalho utiliza o alto paralelismo das placas  gráficas atuais para estender o trabalho iniciado por Dapper (DAPPER et  al., 2007).  Em seu trabalho, Dapper utilizou os campos potenciais  gerados a partir da solução numérica de problemas de valores de contorno  envolvendo a equação de Laplace (funções harmônicas). Esses campos  potenciais são capazes de gerar caminhos livres de mínimos locais, com  trajetórias suaves, e por isso foram utilizados para gerar o caminho a  ser seguido pelo agente autônomo. Como será visto, esses campos  potenciais podem ser obtidos mais rapidamente se os cálculos envolvidos  forem paralelizados. Também será apresentado uma série de testes que  demonstram que a implementação paralela do algoritmo é capaz de melhorar  o seu desempenho. Nos testes, foi possível detectar que a nova  implementação é capaz de ser até 56 vezes mais rápida que a versão  seqüencial. Isso torna o algoritmo aplicável para uso em tempo real,  mesmo em situações com centenas de personagens autônomos na cena. Por  fim, será apresentada uma série de outras contribuições feitas ao  projeto. Entre essas, destaca-se um sistema de ramificação de  trajetórias para definir caminhos, e a melhoria da qualidade do código  existente no início dos trabalhos, como forma de melhorar os trabalhos  futuros.

Palavras-chave: Planejamento de caminhos, GPGPU, Cuda, Paralelismo, Computação Gráfica

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Parâmetros para a Emulação do Comportamento de Clown por um Personagem de Jogo Eletrônico

 Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1a. vez em 30/05/2012)

Autor: Marcelo Antonio Bicalho dos Santos
Instituição: Universidade Federal de Minas Gerais, UFMG. Escola de Belas Artes
Programa: Pós-Graduação em Artes
Orientador: Francisco Carlos de Carvalho Marinho
Ano: 2011

País: Brasil

Resumo

Este trabalho investiga os parâmetros para a programação de um personagem virtual autônomo de jogo eletrônico, apresenta e questiona a possibilidade da aplicação de teorias do humor à sua arquitetura de informação. Particularmente, buscou-se estabelecer recursos que contribuam para a criação de um personagem orientado para aemulação verossímil do comportamento cômico de um clown. Para isso, fez-se um sumário das principais teorias sobre a comicidade; foram arrolados processos consagrados para geração do humor e questionou-se sobre seus modos possíveis de codificação no âmbito da arquitetura cognitiva de um personagem-agente autônomo.

Palavras-chave: Jogos Eletrônicos, Inteligência Artificial, Animação, Computação Gráfica

Abstract

This work intends to settle programming parameters concerning an autonomous computer game character; specifically, it questions the viability of applying humor theories to a characters informational architecture. The purpose is to establish guidelines to the set up of a character aimed to believably emulate the behavior of a clown. On this purpose, humor theories were addressed, as well as well-knownmechanisms of generating humor; possible ways of coding them in the scope of the autonomous character architecture are suggested.

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Animação de Fluidos em Imagens Digitais

 

Tese de Doutorado
(indexado pela 1a. vez em 30/05/2012)

Autor: Marcos Aurélio Batista
Instituição: Universidade de São Paulo, USP. Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação.
Programa: PPós-Graduação em Ciências de Computação e Matemática Computacional.
Orientador: Luis Gustavo Nonato

Ano: 2011
País: Brasil

Resumo

Esta tese apresenta uma nova metodologia para animação de objetos líquidos em imagens. Contrariamente às técnicas existentes, este método é baseado em um modelo físico, o que proporciona efeitos realísticos. A perspectiva da imagem é obtida com a intervenção do usuário, por um esquema simples de calibração da câmera, o qual permite a projeção da camada da imagem a ser animada sobre um plano horizontal no espaço tridimensional. As equações de águas rasas conduzem a simulação e as informações de altura são projetadas de volta ao espaço da imagem utilizando traçado de raios. Além disso, efeitos de refração e iluminação são aplicados durante este estágio, resultando em animações realísticas e convincentes.

Palavras-chave: Animação de fluido, Imagem Digital, Águas Rasas

Abstract

This work presents a new methodology for animating liquid objects depicted in a still image. In contrast to existing techniques, the proposed method relies on a physical model to accomplish the animation, resulting in realistic effects. Image perspective is handled through a simple user assisted camera calibration scheme which allows one to project the image layers to be animated onto the horizontal plane in the three-dimensional space. Shallow-Water equations drive the simulation and the resulting height field is projected back to the image space via ray-tracing. Refraction and lighting effects are also accomplished during the ray-tracing stage, resulting in realistic and convincing animations

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