Portuguese Meeting on Computer Graphics 2014

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3D Reconstruction and Visualization of Liver and Vascular Networks from CT data using VTK and IGSTK
(The Eurographics Association, 2020) Oliveira, João Fradinho; Moyano-Cuevas, José Luis; Pagador, José Blas; Capote, Hugo; Sánchez-Margallo, Francisco Miguel; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Spatial reasoning of vascular structures in organs such as the liver is an imperative task performed preoperatively in resection planning when minimising risks of bleeding in a procedure and intra-operatively during surgery. Accurate automatic 3D reconstruction of surfaces from computerized tomography (CT) contours is complex or impossible without user intervention. Often the gap between scan slices is large enough to make contour correspondence between adjacent slices hard to establish and branching difficult to determine. Freely available open source libraries such as the image guided surgery toolkit and the visualization toolkit (IGSTK and VTK respectively) provide building blocks that enable one to speed up the development time whilst allowing one to focus on new algorithms that might help the user. In this paper we present a new automatic solution for visualization/spatial reasoning of vascular networks within the liver that uses two separate 3D reconstruction approaches respectively. In order to make the system automatic, instead of creating contour correspondences where often crucial data is missing between slices we create a layered approach, where the surface of the liver is represented as one or more layered closed surfaces, and vascular networks where correspondence is more complex are represented as stacks of extruded individual contour blocks. Since the geometric primitive used in either reconstruction is the triangle, other algorithms such as collision detection in resection planning can be used.
Anotações Multimédia Estruturadas para Ambientes Virtuais Colaborativos
(The Eurographics Association, 2020) Guerreiro, João; Medeiros, Daniel; Raposo, Alberto; Santos, Ismael; Jorge, Joaquim A.; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
A globalização transformou o design de engenharia num processo distribuído geograficamente. A adoção disseminada de Realidade Virtual para o design e a necessidade de agir e deixar notas directamente nos objectos em discussão, levou a projectos sobre anotaçôes em Ambientes Virtuais Colaborativos (AVCs). No entanto, as abordagens convencionais ainda estão limitadas á metáfora do post-it amarelo com texto. Na verdade, multimédia, como áudio, esboc¸os, vídeo e animaçôes permitem uma maior expressividade que poderia ser aproveitada nos AVCs. Além disso, anotaçôes individuais não conseguem captar nem a lógica, nem o fluxo de discussão, que são fundamentais para compreender as decisões de design do projeto. Neste artigo, apresentamos uma abordagem com anotaçôes multimédia estruturadas, que suportam a discussão e tomada de decisão em tarefas de revisão de design de projectos. Além disso, suportamos a argumentação baseada em Issues para revelar a proveniência de decisões de projetos de engenharia. Embora esta seja uma exploração inicial do espac¸o de soluçôes, exemplos mostram um maior apoio á revisão de projetos colaborativos, em relação ás abordagens tradicionais.
Artefactos e Exposições 3D Virtuais no Contexto duma Rede de Cultura e Arte Digital
(The Eurographics Association, 2020) Romero, Luis; Moreira, Pedro Miguel; Dias, Carla; Carrilho, Luís; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Este documento apresenta o projecto duma REde de Cultura e ARte DIgital (RECARDI), uma das suas aplicações, eExpor, e expõe a criação, e visualização de artefactos 3D e a capacidade de exposição de artefactos digitais num ambiente virtual 3D. A rede no projecto RECARDI é suportada numa plataforma digital, e permite a Experimentação e Criação (individual ou colaborativa), a Exibição Virtual, o Ensino/Treino on-line e a Preservação Digital e os Direitos de Autor em Repositório Digital próprio, dos mais diversos artefactos de arte e cultura digital. A aplicação eExpor visa proporcionar um local para qualquer artista (talento emergente, ou profissional) expor e discutir arte. A aplicação eExpor, oferece capacidades para visualizar artefactos 3D e criar um espaço virtual tridimensional sob a forma de uma galeria onde o utilizador-público poderá aceder a exposições virtuais existente onde os artefactos digitais podem ser apreciados.
Atmospheric Scattering - State of the Art
(The Eurographics Association, 2020) Lopes, Diogo; Fernandes, António Ramires; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Atmospheric scattering is the natural phenomenon mainly responsible for the colours we observe in the sky. Over the years, several realistic computer graphics algorithms have been proposed in order to reproduce these colours. This state of the art is motivated by the large amount of scattered information, and by its great potential usage in a wide range of applications like flight simulators, video games and movies. This paper will cover the most important models and will present their evolution over the years. The first part contains a small introduction to the mechanics behind the light scattering phenomena. The second part will cover the earlier models, very much focused in the physical phenomenon. The third section will cover GPU based models, more focused on performance.
EduVis: Visualização Interativa de Dados Educacionais
(The Eurographics Association, 2020) Gama, Sandra; Jordão, Vilma; Gonçalves, Daniel; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Uma análise efetiva dos processos de ensino permite proporcionar á comunidade educativa um meio para analisar os resultados dos processos de ensino, apresentando potencial para ajudar a prevenir e corrigir situaçôes problem áticas, levando a uma educação mais eficaz e bem sucedida. A aplicação de técnicas de data mining no âmbito da educação fornece ferramentas para analisar dados de ambientes educacionais, desde o comportamento dos alunos até ás estratégias de ensino e coordenação de programas de estudos. No entanto, estes resultados incluem um amplo conjunto de comportamentos que consistem em padrões simbólicos, muitas vezes representados sob a forma textual, que normalmente é difícil de entender. Dado o potencial da visualização para representar grandes quantidades de dados, esta pode superar essa limitação, aliviando a carga cognitiva associada á interpretação de informação. Assim, utilizando os resultados de técnicas de data mining educacional que já tinha sido aplicado para analisar a interdependência entre as disciplinas de um curso universitário, foi desenvolvida uma visualização que permite a análise desses mesmos padrões. A visualização consiste em dois mecanismos distintos, mas coordenados, de representação de informação. O primeiro corresponde a uma visualização interativa multi-nível das disciplinas dos vários semestres do curso, em que as relaçôes de dependência são representadas através de conetores visuais. A segunda ferramenta, que consiste em matrizes multicamada, permite aplicar mecanismos de filtragem e explorar mais detalhadamente as relaçôes entre as disciplinas. A complementaridade dos dois métodos de visualização permite tornar vários padrões imediatamente percetíveis e permite a navegação e análise de informação. A elaboração de testes com utilizadores reiterou estas características, provando o potencial do sistema para possibilitar uma solução eficaz para a visualização de padrões educacionais.
Fluxo, Um jogo pedagógico sobre o Sistema Circulatório
(The Eurographics Association, 2020) Silva, Inês; Lopes, Pedro; Baptista, Filipe; Calado, Jorge; Alexandre, Isabel; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Este artigo trata o desenvolvimento de um jogo educativo sobre o sistema circulatório. São abordados os temas-chave para a preparação do jogo, nomeadamente o que são jogos pedagógicos, o que são jogos side-scroller e os motivos que nos levaram a tomar determinadas decisões, tais como: a escolha do tema, a escolha das personagens, o design dos níveis, as mecânicas de jogo, etc. Será abordado também o uso de um agente inteligente que guia o jogador ao longo dos níveis e explica as mecânicas, as regras e a teoria relacionada com o tema. Pretende-se que os jogadores ganhem conhecimentos relativos ao percurso do sangue ao longo do corpo humano e que se aprenda quais são as funções dos vários componentes do sangue.
Galactica, a Digital Planetarium that explores the Solar System and the Milky Way
(The Eurographics Association, 2020) D'Alpuim, Jorge; Dias, Miguel Sales; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
This paper describes a new Digital Planetarium system that allows interactive visualization of astrophysical data and phenomena in an immersive virtual reality (VR) setting. Taking advantage of the Cave Hollowspace at Lousal infrastructure, we have created a large-scale immersive VR experience, by adopting its Openscenegraph (OSG) based VR middleware, as a basis for our development. Since our goal was to create an underlying system that could scale to arbitrary large astrophysical datasets, we have splitted our architecture in offline and runtime subsystems, where the former is responsible for parsing the available data sources into a SQL database, which will then be used by the runtime system to generate the entire VR scene graph environment, for the interactive user experience. Real-time computer graphics requirements lead us to adopt some visualization optimization techniques, namely, GPU calculation of textured billboards representing stars, view-frustum culling with octree organization of scene objects and object occlusion culling, to keep the user experience within the interactivity limits. We have built a storyboard (the ''Galatica'' storyboard), which describes and narrates a visual and aural user experience, while navigating through the Solar System and the Milky Way, and which was used to measure and evaluate the performance of our visualization acceleration algorithms. The system was tested with an available dataset of the complete Milky Way (including the solar system), featuring 100.639 textured billboards representing stars and additional 104.328 polygons, representing constellations and planets of the solar system. We have computed the frame rate, GPU traverse time, Cull traverse time and Draw traverse time for three visualization conditions: (A) using standard OSG view frustum culling technique; (B) using view frustum culling with and our octree organizing the scene's objects; (C) using view frustum culling with our octree organizing the scene's objects and our occlusion culling algorithm. We have generally concluded that our octree organization and octree plus object culling techniques out-performs the standard OSG view frustum culling, when around half or less than half of the dataset is in view of the virtual camera.
Geração Procedimental de Traçados Rodoviários para Simulaçã de Condução
(The Eurographics Association, 2020) Campos, Carlos; Leitão, João Miguel; Coelho, António Fernando; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Os ambientes virtuais para simulação de condução para fins científicos requerem modelos tridimensionais de estradas realistas. A geração de modelos de estradas com este nível de qualidade requer a prévia definição dos traçados rodoviários. Dependo dos requisitos da experiência, o traçado rodoviário de uma estrada pode ser obtido recorrendo a especialistas da área de projeto de vias comunicação. A conceção do traçado de uma via pode tornar-se uma tarefa morosa e dispendiosa, mesmo recorrendo a ferramentas CAD. Na preparação de experiências científicas em simulador, o processo de obtenção de um traçado pode ser otimizado recorrendo a métodos de geração automática. Este artigo apresenta um método que permite gerar de forma automática traçados rodoviários adequados para implementação de experiências de simulação de condução em diversas áreas científicas, como ergonomia, psicologia e engenharia de tráfego. O processo de geração de traçados foi inspirado nos métodos utilizados em engenharia de vias, produzindo traçados segundo as normas e estradas semelhantes às encontradas no mundo real. Os traçados rodoviários gerados procedimentalmente são adequados para realização de experiências de simulação de condução para fins científicos. Com a implementação deste método é reduzido significativamente o recurso a especialistas de vias de comunicação para elaboração do traçado rodoviário adequando para a realização de experiências científicas em simulador de condução.
Gestual Life - Jogo Educativo de Língua Gestual Portuguesa
(The Eurographics Association, 2020) Almeida, Ricardo; Sousa, Pedro; Brito, Luisa; Capela, Marco; Lopes, Pedro Faria; Alexandre, Isabel; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Jogos de computador educativos têm vindo a ser investigados ao longo das últimas décadas como um meio de ensino e abrangem áreas como a Matemática, Gestão, Biologia, Química e Medicina. Para a realização do nosso projecto, decidimos investigar uma área que ainda não tivesse sido muito explorada. Desenvolvemos um jogo educativo que ensina Língua Gestual Portuguesa a pessoas ouvintes, visto que a demografia surda já possui esta língua como língua materna. Desenvolvemos todo o trabalho apresentado, desde scripts a modelos 3D. De modo a conseguir proporcionar aos utilizadores uma experiência de total imersão, desenvolvemos um ambiente amigável com jogabilidade imersiva, interacção com NPCs (Non-Player Characters ou personagens controladas pelo sistema) e desafios.
IN2TUNNEL - Terapia de Exposição para Fobia de Atravessar Túneis
(The Eurographics Association, 2020) Gomes, Inês Laureano; Cláudio, Ana Paula; Carmo, Maria Beatriz; Gaspar, Augusta; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
O uso da Realidade Virtual na Terapia de Exposição (RVTE) permite que um paciente seja exposto à situação temida, sem recorrer a uma exposição real o que é particularmente vantajoso quando a reprodução da situação real é dispendiosa ou envolve risco físico. Neste artigo apresentamos uma aplicação Web que apoia o terapeuta no uso da terapia de exposição em pacientes com medo de atravessar túneis. Esta aplicação contém um conjunto de animações de cenários virtuais que recriam travessias de túneis, observadas do ponto de vista do passageiro ao lado do condutor, recriando uma situação em que o paciente não tem controlo relativamente ao que vai experienciar. Descrevemos ainda um estudo com utilizadores que envolveu duas vertentes: uma com terapeutas para avaliar a utilidade potencial da presente aplicação no domínio da RVTE e outra com participantes voluntários para comparar a sensação de presença quando as animações são observadas numa projeção ou num modelo recente de equipamento de Realidade Virtual imersiva, constituído por uma estrutura que suporta um smartphone.
Indoor Image Geocoding using Synthetic Views
(The Eurographics Association, 2020) Amorim, Nuno Mourão de; Rocha, Jorge Gustavo; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
The Global Positioning System is well known for not reaching indoor environments. Several Indoor Positioning System's have been proposed, but most of these solutions either have high accuracy errors or use expensive material to attenuate positioning errors. In this paper we propose a Computer Vision routine which is able to compute the location and orientation on indoor environments. This routine is based on Structure from Motion, an incremental algorithm which recovers the 3D structure from related photographs. The 3D structures generated are geocoded, stored in a database, and new photographs can be added at any time. By combining these 3D structures with the already existing Synthetic Views method for fast location recognition, we are able to compute the indoor GPS coordinates and orientation of new photographs in less than a second.
LS3D: Pesquisa de Blocos LEGO em Ambientes Imersivos
(The Eurographics Association, 2020) Pascoal, Pedro B.; Mendes, Daniel; Henriques, Diogo; Trancoso, Isabel; Ferreira, Alfredo; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
A crescente popularidade dos ambientes imersivos tem aumentado o interesse em interaçôes pessoa-máquina mais naturais. Contudo, no contexto de seleção de objetos e construção de modelos virtuais, o uso de ambientes imersivos tem sido pouco explorado. Neste trabalho apresentamos o LS3D, um protótipo que aborda este desafio, usando fala e gestos como forma de interação, desenvolvido para o cenário de contrução com blocos LEGO. Neste âmbito, foram desenvolvidas novas abordagens para explorar resultados de uma pesquisa neste tipo de ambientes, que permitem uma melhor interpretação dos resultados e que oferecem uma interacção direta aos utilizadores. Para avaliar a nossa solução, comparámos o LS3D com a aplicação comercial LEGO Digital Designer. Os resultados sugerem que a nossa proposta oferece uma forma mais simples e natural para procurar objetos 3D virtuais, garantindo também melhores desempenhos e percepção dos resultados do que abordagens tradicionais para a recuperação deste tipo de conteúdo. Os participantes afirmaram ainda que a nossa solução oferece uma experiência mais divertida e enriquecedora.
Medidas e Deteção de Estruturas Morfológicas para Craniometria usando Modelos 3D
(The Eurographics Association, 2020) Neves, Luís; Dias, Paulo; Coelho, Catarina; Ferreira, Maria Teresa; Santos, Hélder; Santos, Beatriz Sousa; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Este artigo descreve os recentes desenvolvimentos num trabalho ainda em curso referente a uma nova abordagem à craniometria tradicional baseada na análise de modelos digitais 3D de crânios através da aplicação CraMs (Craniometric Measurements).O desenvolvimento desta aplicação tem como primeiro objetivo apoiar os antropólogos na obtenção de medidas craniométricas. Recentemente foi acrescentada a possibilidade de obter duas medidas adicionais baseadas em projeções de planos auxiliares. Foram ainda desenvolvidos e integrados na aplicação métodos para detetar estruturas de interesse através da análise da morfologia dos crânios. Estes métodos são baseados na curvatura e na deteção de sharp edges e suportam a extração de informação morfológica das órbitas e suturas cranianas, estruturas consideradas de interesse para o estudo dos crânios. Apresentam- se os métodos usados e os resultados obtidos em oito crânios.
Modelação Expedita de Terrenos e Subsolos via Interacção Espacial e Superfícies Interactivas
(The Eurographics Association, 2020) Lopes, Daniel Simões; Simão, Daniel D.; Fonseca, Fernando; Mendes, Daniel; Jorge, Joaquim A.; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
A ilustração e visualização 3D de modelos geológicos são tarefas comuns em muitas áreas da geologia. Na larga maioria dos casos, tais tarefas são realizadas recorrendo ao desenho sobre meios bidimensionais, com o intuito de transmitir uma percepção 3D aos conceitos geológicos traçados. Este artigo apresenta um sistema de interacção espacial baseada em gestos para a construção rápida de modelos e ilustrações geológicas. Os modelos caracterizam-se por serem compostos por camadas homogéneas (isto é, sem falhas nem dobras geológicas) empilhadas entre si. Partindo de cenários sem dados, o sistema permite a modelação, edição e exploração expedita de terrenos e subsolos num ambiente 3D. O princípio de modelação baseia-se no facto da geometria de um terreno ou subcamda poder ser modelada por interacção espacial. Aqui, este princípio é explorado e são analizadas a representatividade e expressividade geológica contidas em gestos. As interacções do utilizador com o sistema são adquiridas através de tecnologias de captura do movimento e mesas multitoque. A visualização é garantida por tecnologia estereoscópica que proporciona uma percepção 3D do modelo. Os resultados preliminares de estudos com utilizadores mostraram que o sistema proposto é muito útil para a visualização ilustrativa e para a rápida modelação de objectos estratigráficos, permitindo realizar uma modelação expedita de características geológicas grosseiras com um número limitado de gestos. O sistema ainda permite modelar detalhes mais finos ao interargir com a superfície interactiva via toque com os dedos. A principal conclusão é que gestos com a mão revelam-se um input bastante eficaz tanto para a criação de terrenos como de camadas estratigráficas.
Older Adult Performance Using Body Gesture Interaction
(The Eurographics Association, 2020) Carreira, Micael; Gonçalves, Daniel; Ting, Karine; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Gesture interfaces are becoming an increasingly popular way to interact with technology, as they are considered very easy to learn and use. However, most gesture interactions studies focus on the average adult or, when focusing on older adults, it is usually in the gaming or physical activity contexts. In this study, we evaluate the suitability of gestural interfaces for older adults, in order to interact with a general technological interface. To this end, we asked 14 older users to perform a set of navigation and selection tasks; two tasks required to interact on most technological interfaces. For each of these tasks, we evaluated two alternative gestures. All senior participants were able to complete almost all the proposed tasks, and enjoyed using this type of interface. We concluded that gestural interfaces are adequate for the senior users, and derived a set of design implications that future developers should take into account when developing gestural interactions for the older people.
Open Source Debuggers and Integration with a 3D Engine
(The Eurographics Association, 2020) Liu, Andre Alexandre Wang; Fernandes, António Ramires; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Debugging is always an important phase in an application life. Applications using 3D hardware accelerated graphics in general, and OpenGL in particular, are usually hard to debug since the computation is split between two processors, each with its own memory space. To be able to debug these applications one has to rely on the API's debugging mechanisms to inspect the output of the computations performed. Several tools are available for this purpose, some of them are open source. Open source tools are great to integrate in already existing projects such as 3D engines since they allow the required customizations. The goal of this paper is twofold. Firstly we provide an overview of the existing open source debugging tools for OpenGL and secondly we discuss the integration of one of such tools in an existing 3D engine.
Personagens Virtuais Expressivas
(The Eurographics Association, 2020) Teixeira, Renato; Cláudio, Ana Paula; Carmo, Maria Beatriz; Gaspar, Augusta; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
A Ansiedade Social afeta um número significativo de pessoas, limitando-as na vida pessoal e social, e apresentando um nível de comorbilidade elevado com a depressão. Neste artigo descrevemos um projeto que aplica Realidade Virtual, interativa, para a terapia de exposição da Ansiedade Social, recorrendo a Personagens Virtuais exibindo combinações de expressões faciais e corporais. A aplicação descrita neste artigo atualiza e melhora significativamente uma versão anterior, sobretudo no que respeita à qualidade gráfica dos personagens virtuais; é executada em computadores vulgares, sem equipamentos dispendiosos, sendo facilmente utilizada em contextos de aconselhamento e investigação. A possibilidade de controlar de forma minuciosa as expressões faciais permite o seu uso em contextos de investigação do comportamento não-verbal. Embora se tenha recorrido apenas a modelos gratuitos ou de muito baixo custo, adotaram-se estratégias que permitiram obter a qualidade adequada, facto que conseguimos validar através de testes com um conjunto significativo de observadores.
Proceedings Info
(Eurographics Association, 2020-12-11) Goncalves, Alexandrino; Fernandes, Antonio Ramires; Rodrigues, Nuno
Ray Reordering Techniques for GPU Ray-Cast Ambient Occlusion
(The Eurographics Association, 2020) Costa, Vasco; Pereira, João Madeiras; Jorge, Joaquim A.; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Global illumination techniques, such as ambient occlusion, can be performed in a physically accurate way via ray casting. However ambient occlusion rays are incoherent. This means their computation is divergent causing a degradation of rendering performance. This problem is particularly acute on the GPU stream computing architectures which have performance issues with thread divergence. We reorder the rays, prior to the rendering step, to reduce this thread divergence issue. Rays which traverse the same region of space are reordered in bundles in order to increase memory coherency. We demonstrate that ray reordering techniques enhance performance while rendering scenes with ambient occlusion rays. The question is how to best perform this ray reordering. Ray reordering for ambient occlusion requires the classification of millions of rays. Spending too much time reordering these rays can negate any rendering performance benefits. Our work surveys and tests several techniques for ray reordering. We achieved the best performance results using a compress-sort-decompress technique, which sorts hashed rays, where the hash key has 32 bits of size.
Segmentação de Malhas Triangulares baseada em Convexidade Relaxada
(The Eurographics Association, 2020) Rodrigues, Rui Sérgio; Morgado, José Francisco; Gomes, Abel J. P.; Goncalves, Alexandrino and Fernandes, Antonio Ramires and Rodrigues, Nuno
Este artigo introduz uma nova técnica de segmentação de malhas triangulares, designada por segmentação de montes e vales (MeV), que combina técnicas de segmentação baseadas na fronteira e no interior de regiões. O algoritmo MeV usa uma função altura com sinal com o objectivo de distinguir entre montes (+) e vales (-) e zonas planares (0). Cada região é construída á volta de extremos locais (i.e., máximos e mínimos) da malha. Um monte é construído a partir de um máximo e um vale a partir de um mínimo. No entanto, é possível ás fronteiras dos montes invadirem parcialmente os vales e vice-versa. Consequentemente, vamos ter montes que formam regiões convexas relaxadas e vales que formam regiões cˆoncavas relaxadas. Ao contrário do actual estado da arte da segmentação de malhas, a existência destas regiões relaxadas torna o algoritmo eficaz na segmentação de diferentes tipos de objectos (de forma livre ou não).

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