Extended perspective system visualizer

Tese de mestrado, Engenharia Informática (Interacção e Conhecimento), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014A projecção perspectiva linear tem sido o modo predominante de desenhar imagens de espaços tridimensionais há séculos, sejam estes desenhos manuais ou computacionais. Em particular, os arquitectos usam o sistema perspéctico linear no desenho formal como forma de representar o seu trabalho como este seria observado através da visão humana. Porém, este sistema perspéctico é limitado nesta capacidade. Quando se utilizam ângulos de visão mais alargados, os desenhos que utilizam projecção perspectiva linear manifestam uma distorção que dificulta a interpretação da imagem e limitam a capacidade desta perspectiva de verdadeiramente representar a visão humana. Aos 180º de ângulo de visão, o máximo possível neste sistema, a imagem passa a ser inteiramente irreconhecível. Formas de projecção perspectiva não lineares, ou curvilíneas, como a perspectiva cilíndrica ou panorâmica ou a perspectiva esférica, não apresentam a mesma limitação. Usando estas perspectivas, o ângulo de visão pode ser alargado até aos 360º sem que esta distorção apareça. Porém, estes sistemas também não são soluções perfeitas já que a rectilinearidade não é preservada. O Sistema Perspéctico Expandido (EPS) foi criado por membros da equipa NAADIR (New Approach on Architectural Drawings Integrating computeR descriptions) para responder às limitações dos sistemas individuais existentes. O seu trabalho, bem como esta dissertação, foram realizados no âmbito do projecto NAADIR (PTDC/AUR-AQI/098388/2008), financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia. A equipa inclui membros da Faculdade de Ciências e da Faculdade de Arquitectura da Universidade de Lisboa. Este sistema une os sistemas perspécticos linear, esférico e cilíndrico num contínuo híbrido controlado por dois parâmetros. Variando estes dois parâmetros, o utilizador pode encontrar sistemas intermédios e obter deste modo uma melhor visualização do espaço tridimensional representado. O sistema tem também o objectivo de ajudar os arquitectos no seu processo de design, ajudando-os a ter uma melhor visualização do espaço em que trabalham. O sistema EPS realiza a projecção em dois passos e utiliza duas superfícies, uma superfície de projecção elipsoidal e uma superfície de representação plana. O primeiro passo consiste em projectar o espaço 3D sobre a superfície de projecção. O segundo consiste em mapear a superfície de projecção sobre a superfície de representação, de modo análogo à cartografia, em que a superfície da terra é mapeada sobre um plano, criando um mapa. A imagem criada sobre a superfície de representação é a imagem final. O elipsóide da superfície de projecção pode ser manipulado com dois parâmetros: raio e excentricidade. Esta manipulação afecta a perspectiva final. Um raio e excentricidade pequenos produzem uma perspectiva mais próxima da esférica, um raio pequeno e excentricidade elevada aproximam uma perspectiva cilíndrica, e um raio elevado aproxima a perspectiva linear. É possível também escolher um de três modos diferentes de mapeamento da superfície de projecção sobre a de representação, o modo esférico (projecção azimutal equidistante), o modo cilíndrico (projecção sinusoidal) e o modo híbrido. Devido à sua natureza dinâmica, o EPS é sobretudo útil implementado computacionalmente, com uma interface que permita a sua fácil manipulação. Em trabalho prévio, a equipa NAADIR iniciou a implementação do EPS Visualizer, um visualizador de modelos 3D que implementa o sistema EPS. Nesta fase, o visualizador foi desenvolvido ainda sem implementar a maior parte do sistema EPS e sem ser avaliado. Nesta versão inicial estava apenas implementada a projecção usando o mapeamento esférico até aos 180º de ângulo de visão. A interface do visualizador era composta por quatro viewports, um principal e três secundários, e por dois menus. Cada viewport permitia visualizar o espaço 3D a partir de cima, baixo, frente, trás, esquerda ou direita, usando projecção perspectiva linear ou projecção paralela, ou permitia visualizar o espaço a partir de uma câmara usando projecção perspectiva linear ou usando o sistema EPS. Os menus permitiam manipular a posição e orientação da câmara, o ângulo de visão, a rotação da câmara em relação ao seu eixo frente-trás e os parâmetros do sistema EPS, raio e excentricidade. O visualizador podia ainda renderizar os modelos em wireframe ou com faces opacas. A renderização em wireframe era relativamente rápida mas a renderização com faces sólidas era lenta,demorando cerca de um minuto a produzir uma única imagem. O projecto descrito por esta dissertação teve dois objectivos principais. O primeiro foi a conclusão do EPS Visualizer. Sub-objectivos desta tarefa foram a implementação do sistema EPS por inteiro, o melhoramento do seu desempenho e o melhoramento da sua interface com o utilizador. O segundo foi a realização de duas avaliações do visualizador. As avaliações tiveram como objectivo avaliar a qualidade da interface, ajudar a identificar formas de melhorar a interface e avaliar a utilidade do sistema EPS como ferramenta no processo de design de arquitectos. Durante o desenvolvimento do projecto, o EPS Visualizer foi concluído e foram realizadas as avaliações previstas, atingindo-se os objectivos. O desenvolvimento do visualizador pode ser dividido em quatro áreas. A implementação do sistema EPS, o melhoramento do desempenho, a restruturação interna do software e o melhoramento da interface. Foram implementadas as projecções usando o mapeamento esférico até aos 360º, usando o mapeamento cilíndrico e usando o mapeamento híbrido. Completou-se assim a implementação do sistema EPS no visualizador. O desempenho do software foi melhorado implementando-se multi-threading para o cálculo da projecção. Isto permitiu separar a interface do processo de rendering do cálculo da projecção EPS e permitiu também que o cálculo da projecção fosse dividido pelos múltiplos cores que são hoje habituais em processadores. Foi também criado um novo sistema de rendering de faces opacas com desempenho similar ao desempenho da renderização de wireframe. Para permitir a implementação do multi-threading, foi necessário reestruturar o visualizador. Este processo resultou num número maior de classes mais pequenas e num programa que mais facilmente poderia ser adaptado ao multiprocessamento. Finalmente, a interface foi alterada e melhorada. Este processo teve duas fases. A primeira fase ocorreu antes da primeira avaliação. Os menus for reorganizados, o controlo da câmara com o rato foi melhorado e fizeram-se outras modificações menores. Após a avaliação deu-se a segunda fase do desenvolvimento da interface. Foram implementadas funcionalidades sugeridas por observações e sugestões feitas durante a avaliação. Surgiram opções alternativas para certos elementos da interface que foram implementadas em versões alternativas da interface. Estas versões alternativas foram depois testadas na segunda avaliação de modo a se escolher os elementos melhores das duas versões. A primeira avaliação foi realizada no contexto de um workshop e teve como foco principal o estudo da utilidade do sistema EPS como suporte ao design arquitectónico. Alunos de arquitectura tiveram acesso ao EPS Visualizer durante o workshop no contexto de um projecto de design de arquitectura. Cada aluno pôde usar a ferramenta livremente tendo no final preenchido um questionário sobre a sua experiência. Os alunos mostraram interesse em usar a ferramenta no futuro e de a ver implementada em software de modelação tridimensional. Consideraram a interface fácil de usar. A segunda avaliação teve como foco o estudo da usabilidade do visualizador e consistiu em entrevistas individuais supervisionadas com guião. Os utilizadores foram divididos em três grupos: alunos de arquitectura, profissionais de arquitectura e alunos de informática com experiência de computação gráfica e modelação 3D. Os utilizadores foram conduzidos através de um conjunto de tarefas em que avaliaram cada elemento da interface. Para cada elemento das duas versões do visualizador, os utilizadores puderam experimentar ambas as versões e indicar a sua preferência. No final preencheram um questionário sobre a sua opinião global acerca do visualizador, incluindo um teste SUS (System Usability Scale). Os utilizadores avaliaram a interface de forma positiva, indicando as suas preferências sobre versões alternativas de elementos da interface. O Visualizador EPS foi concluido com sucesso, tendo sido implementado o sistema EPS por completo e o desempenho e interface da aplicação melhorados. Realizaram-se ambas as avaliações com bons resultados. Foram portanto atingidos os objectivos propostos. Foram ainda publicados três artigos científicos no contexto desta tese.For centuries, linear perspective projection has been the dominant way of accurately drawing the world as seen from the human eye. In particular, it has been a tool used by architects in rigorous formal drawing. However, this system is limited by the distortions that manifest when large fields of view are used, making the interpretation of the image more difficult and limiting its ability to express human vision in its full dynamic breadth. Alternative curvilinear perspective systems do not share this limitation and can serve as a complement to linear perspective projection, though they are not without their own limitations. The Extended Perspective System is an alternative system that blends linear and curvilinear perspective systems into a single continuum, responding to the limitations of the individual systems. In this capacity, it also aims to aid architects in their design process. In previous work, a computational implementation of the EPS system, the EPS Visualizer was started to demonstrate its properties and test its usefulness as a tool for architects. However, it was left incomplete, lacking most key perspective features and leaving the EPS' usefulness unevaluated. The project described in this dissertation had two main objectives. The first was to complete the EPS Visualizer, implementing the EPS system fully, improving its performance and user interface. The second was to perform two evaluations, the first to determine the usefulness of the EPS system as a tool in the architectural design process and the second to evaluate the usability of the visualizer's user interface. The EPS Visualizer was completed and the two evaluations were performed, fulfilling the objectives of the project. The evaluation of the usefulness of the EPS system indicated that there was interest on the part of architects and architecture students in the visualizer and a desire to see it integrated into design software. The evaluation of the user interface aided in its development and gave positive results overall

Educational Technology and Education Conferences, June to December 2012

The conference list contains events such as "Learning and Teaching","Innovation in e-Learning", "Online Teaching", "Distance Learning Administration", "The World Open Educational Resources Congress", "Mobile Health", and "Realizing Dreams"

Educational Technology and Related Education Conferences for June to December 2015

The 33rd edition of the conference list covers selected events that primarily focus on the use of technology in educational settings and on teaching, learning, and educational administration. Only listings until December 2015 are complete as dates, locations, or Internet addresses (URLs) were not available for a number of events held from January 2016 onward. In order to protect the privacy of individuals, only URLs are used in the listing as this enables readers of the list to obtain event information without submitting their e-mail addresses to anyone. A significant challenge during the assembly of this list is incomplete or conflicting information on websites and the lack of a link between conference websites from one year to the next

Scientific History of Incipit in the period 2010-2016

Historial de la actividad científica y técnica del Instituto de Ciencias del Patrimonio (Incipit) del CSIC, basado en Santiago de Compostela, desde su fecha de creación (2010) hasta el año 2016. Se presentan la misión y las líneas de investigación del Incipit, centradas principalmente en el estudio de los procesos de patrimonialización y de valorización social del patrimonio cultural realizadas con una perspectiva transdisciplinar. Se relacionan las publicaciones, proyectos de investigación, actividades de ciencia pública, eventos de comunicación y productos de divulgación que su personal investigador ha producido a lo largo de estos años.General introduction to the Incipit. Presentation of the Research Line: Cultural Heritage Studies: Sub-Theme: Landscape Archaeology and Cultural Landscapes, Sub-theme: Heritagization Processes: Memory, Power and Ethnicity, Sub-theme: Socioeconomics of Cultural Heritage, Sub-theme: Archaeology of the Contemporary Past, Sub-theme: Material culture and formalization processes of cultural heritage. Scientific Contributions. Transfer of Knowledge. International Activities. Other Activities and Results. Scientific DisseminationN

Extraction robuste de primitives géométriques 3D dans un nuage de points et alignement basé sur les primitives

Dans ce projet, nous étudions les problèmes de rétro-ingénierie et de contrôle de la qualité qui jouent un rôle important dans la fabrication industrielle. La rétro-ingénierie tente de reconstruire un modèle 3D à partir de nuages de points, qui s’apparente au problème de la reconstruction de la surface 3D. Le contrôle de la qualité est un processus dans lequel la qualité de tous les facteurs impliqués dans la production est abordée. En fait, les systèmes ci-dessus nécessitent beaucoup d’intervention de la part d’un utilisateur expérimenté, résultat souhaité est encore loin soit une automatisation complète du processus. Par conséquent, de nombreux défis doivent encore être abordés pour atteindre ce résultat hautement souhaitable en production automatisée. La première question abordée dans la thèse consiste à extraire les primitives géométriques 3D à partir de nuages de points. Un cadre complet pour extraire plusieurs types de primitives à partir de données 3D est proposé. En particulier, une nouvelle méthode de validation est proposée pour évaluer la qualité des primitives extraites. À la fin, toutes les primitives présentes dans le nuage de points sont extraites avec les points de données associés et leurs paramètres descriptifs. Ces résultats pourraient être utilisés dans diverses applications telles que la reconstruction de scènes on d’édifices, la géométrie constructive et etc. La seconde question traiée dans ce travail porte sur l’alignement de deux ensembles de données 3D à l’aide de primitives géométriques, qui sont considérées comme un nouveau descripteur robuste. L’idée d’utiliser les primitives pour l’alignement arrive à surmonter plusieurs défis rencontrés par les méthodes d’alignement existantes. Ce problème d’alignement est une étape essentielle dans la modélisation 3D, la mise en registre, la récupération de modèles. Enfin, nous proposons également une méthode automatique pour extraire les discontinutés à partir de données 3D d’objets manufacturés. En intégrant ces discontinutés au problème d’alignement, il est possible d’établir automatiquement les correspondances entre primitives en utilisant l’appariement de graphes relationnels avec attributs. Nous avons expérimenté tous les algorithmes proposés sur différents jeux de données synthétiques et réelles. Ces algorithmes ont non seulement réussi à accomplir leur tâches avec succès mais se sont aussi avérés supérieus aux méthodes proposées dans la literature. Les résultats présentés dans le thèse pourraient s’avérér utilises à plusieurs applications.In this research project, we address reverse engineering and quality control problems that play significant roles in industrial manufacturing. Reverse engineering attempts to rebuild a 3D model from the scanned data captured from a object, which is the problem similar to 3D surface reconstruction. Quality control is a process in which the quality of all factors involved in production is monitored and revised. In fact, the above systems currently require significant intervention from experienced users, and are thus still far from being fully automated. Therefore, many challenges still need to be addressed to achieve the desired performance for automated production. The first proposition of this thesis is to extract 3D geometric primitives from point clouds for reverse engineering and surface reconstruction. A complete framework to extract multiple types of primitives from 3D data is proposed. In particular, a novel validation method is also proposed to assess the quality of the extracted primitives. At the end, all primitives present in the point cloud are extracted with their associated data points and descriptive parameters. These results could be used in various applications such as scene and building reconstruction, constructive solid geometry, etc. The second proposition of the thesis is to align two 3D datasets using the extracted geometric primitives, which is introduced as a novel and robust descriptor. The idea of using primitives for alignment is addressed several challenges faced by existing registration methods. This alignment problem is an essential step in 3D modeling, registration and model retrieval. Finally, an automatic method to extract sharp features from 3D data of man-made objects is also proposed. By integrating the extracted sharp features into the alignment framework, it is possible implement automatic assignment of primitive correspondences using attribute relational graph matching. Each primitive is considered as a node of the graph and an attribute relational graph is created to provide a structural and relational description between primitives. We have experimented all the proposed algorithms on different synthetic and real scanned datasets. Our algorithms not only are successful in completing their tasks with good results but also outperform other methods. We believe that the contribution of them could be useful in many applications

Políticas de Copyright de Publicações Científicas em Repositórios Institucionais: O Caso do INESC TEC

A progressiva transformação das práticas científicas, impulsionada pelo desenvolvimento das novas Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), têm possibilitado aumentar o acesso à informação, caminhando gradualmente para uma abertura do ciclo de pesquisa. Isto permitirá resolver a longo prazo uma adversidade que se tem colocado aos investigadores, que passa pela existência de barreiras que limitam as condições de acesso, sejam estas geográficas ou financeiras. Apesar da produção científica ser dominada, maioritariamente, por grandes editoras comerciais, estando sujeita às regras por estas impostas, o Movimento do Acesso Aberto cuja primeira declaração pública, a Declaração de Budapeste (BOAI), é de 2002, vem propor alterações significativas que beneficiam os autores e os leitores. Este Movimento vem a ganhar importância em Portugal desde 2003, com a constituição do primeiro repositório institucional a nível nacional. Os repositórios institucionais surgiram como uma ferramenta de divulgação da produção científica de uma instituição, com o intuito de permitir abrir aos resultados da investigação, quer antes da publicação e do próprio processo de arbitragem (preprint), quer depois (postprint), e, consequentemente, aumentar a visibilidade do trabalho desenvolvido por um investigador e a respetiva instituição. O estudo apresentado, que passou por uma análise das políticas de copyright das publicações científicas mais relevantes do INESC TEC, permitiu não só perceber que as editoras adotam cada vez mais políticas que possibilitam o auto-arquivo das publicações em repositórios institucionais, como também que existe todo um trabalho de sensibilização a percorrer, não só para os investigadores, como para a instituição e toda a sociedade. A produção de um conjunto de recomendações, que passam pela implementação de uma política institucional que incentive o auto-arquivo das publicações desenvolvidas no âmbito institucional no repositório, serve como mote para uma maior valorização da produção científica do INESC TEC.The progressive transformation of scientific practices, driven by the development of new Information and Communication Technologies (ICT), which made it possible to increase access to information, gradually moving towards an opening of the research cycle. This opening makes it possible to resolve, in the long term, the adversity that has been placed on researchers, which involves the existence of barriers that limit access conditions, whether geographical or financial. Although large commercial publishers predominantly dominate scientific production and subject it to the rules imposed by them, the Open Access movement whose first public declaration, the Budapest Declaration (BOAI), was in 2002, proposes significant changes that benefit the authors and the readers. This Movement has gained importance in Portugal since 2003, with the constitution of the first institutional repository at the national level. Institutional repositories have emerged as a tool for disseminating the scientific production of an institution to open the results of the research, both before publication and the preprint process and postprint, increase the visibility of work done by an investigator and his or her institution. The present study, which underwent an analysis of the copyright policies of INESC TEC most relevant scientific publications, allowed not only to realize that publishers are increasingly adopting policies that make it possible to self-archive publications in institutional repositories, all the work of raising awareness, not only for researchers but also for the institution and the whole society. The production of a set of recommendations, which go through the implementation of an institutional policy that encourages the self-archiving of the publications developed in the institutional scope in the repository, serves as a motto for a greater appreciation of the scientific production of INESC TEC

MASSIVELY PARALLEL ALGORITHMS FOR POINT CLOUD BASED OBJECT RECOGNITION ON HETEROGENEOUS ARCHITECTURE

With the advent of new commodity depth sensors, point cloud data processing plays an increasingly important role in object recognition and perception. However, the computational cost of point cloud data processing is extremely high due to the large data size, high dimensionality, and algorithmic complexity. To address the computational challenges of real-time processing, this work investigates the possibilities of using modern heterogeneous computing platforms and its supporting ecosystem such as massively parallel architecture (MPA), computing cluster, compute unified device architecture (CUDA), and multithreaded programming to accelerate the point cloud based object recognition. The aforementioned computing platforms would not yield high performance unless the specific features are properly utilized. Failing that the result actually produces an inferior performance. To achieve the high-speed performance in image descriptor computing, indexing, and matching in point cloud based object recognition, this work explores both coarse and fine grain level parallelism, identifies the acceptable levels of algorithmic approximation, and analyzes various performance impactors. A set of heterogeneous parallel algorithms are designed and implemented in this work. These algorithms include exact and approximate scalable massively parallel image descriptors for descriptor computing, parallel construction of k-dimensional tree (KD-tree) and the forest of KD-trees for descriptor indexing, parallel approximate nearest neighbor search (ANNS) and buffered ANNS (BANNS) on the KD-tree and the forest of KD-trees for descriptor matching. The results show that the proposed massively parallel algorithms on heterogeneous computing platforms can significantly improve the execution time performance of feature computing, indexing, and matching. Meanwhile, this work demonstrates that the heterogeneous computing architectures, with appropriate architecture specific algorithms design and optimization, have the distinct advantages of improving the performance of multimedia applications