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

Emerging Technologies in Architectural Visualization: Implementation Strategies for Practice

Representation has always been a critical component in architectural practice and representational techniques have been evolving over time. The relatively recent advent of the digital media is revolutionizing architectural representation. Digital representation techniques are proving to be a more effective means of communicating the design to the client and the collaborative project team. The techniques are advancing so rapidly that it is becoming increasingly difficult to keep in pace with the digital acceleration and utilize these representation techniques in architectural practice. There is a wide difference between what is possible using digital architectural visualization and what is implemented in practice. The research explores the extent of utilization of these digital representation techniques and the challenges they pose in practical implementation. Employing a logical approach to selectively implement this digital procedural change in representation would help in realizing the strategic benefits of these rapidly progressing techniques

Functional requirements document for the Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS) Scientific Computing Facilities (SCF) of the NASA/MSFC Earth Science and Applications Division, 1992

Five scientists at MSFC/ESAD have EOS SCF investigator status. Each SCF has unique tasks which require the establishment of a computing facility dedicated to accomplishing those tasks. A SCF Working Group was established at ESAD with the charter of defining the computing requirements of the individual SCFs and recommending options for meeting these requirements. The primary goal of the working group was to determine which computing needs can be satisfied using either shared resources or separate but compatible resources, and which needs require unique individual resources. The requirements investigated included CPU-intensive vector and scalar processing, visualization, data storage, connectivity, and I/O peripherals. A review of computer industry directions and a market survey of computing hardware provided information regarding important industry standards and candidate computing platforms. It was determined that the total SCF computing requirements might be most effectively met using a hierarchy consisting of shared and individual resources. This hierarchy is composed of five major system types: (1) a supercomputer class vector processor; (2) a high-end scalar multiprocessor workstation; (3) a file server; (4) a few medium- to high-end visualization workstations; and (5) several low- to medium-range personal graphics workstations. Specific recommendations for meeting the needs of each of these types are presented

Intelligent IoT and Dynamic Network Semantic Maps for more Trustworthy Systems

As technology evolves, the Internet of Things (IoT) concept is gaining importance for constituting a foundation to reach optimum connectivity between people and things. For this to happen and to allow easier integration of sensors and other devices in these technologic environments (or networks), the configuration is a key process, promoting interoperability between heterogeneous devices and providing strategies and processes to enhance the network capabilities. The optimization of this important process of creating a truly dynamic network must be based on models that provide a standardization of communication patterns, protocols and technologies between the sensors. Despite standing as a major tendency today, many obstacles still arise when implementing an intelligent dynamic network. Existing models are not as widely adopted as expected and semantics are often not properly represented, hence resulting in complex and unsuitable configuration time. Thus, this work aims to understand the ideal models and ontologies to achieve proper architectures and semantic maps, which allow management and redundancy based on the information of the whole network, without compromising performance, and to develop a competent configuration of sensors to integrate in a contemporary industrial typical dynamic network

Global-Scale Resource Survey and Performance Monitoring of Public OGC Web Map Services

One of the most widely-implemented service standards provided by the Open Geospatial Consortium (OGC) to the user community is the Web Map Service (WMS). WMS is widely employed globally, but there is limited knowledge of the global distribution, adoption status or the service quality of these online WMS resources. To fill this void, we investigated global WMSs resources and performed distributed performance monitoring of these services. This paper explicates a distributed monitoring framework that was used to monitor 46,296 WMSs continuously for over one year and a crawling method to discover these WMSs. We analyzed server locations, provider types, themes, the spatiotemporal coverage of map layers and the service versions for 41,703 valid WMSs. Furthermore, we appraised the stability and performance of basic operations for 1210 selected WMSs (i.e., GetCapabilities and GetMap). We discuss the major reasons for request errors and performance issues, as well as the relationship between service response times and the spatiotemporal distribution of client monitoring sites. This paper will help service providers, end users and developers of standards to grasp the status of global WMS resources, as well as to understand the adoption status of OGC standards. The conclusions drawn in this paper can benefit geospatial resource discovery, service performance evaluation and guide service performance improvements.Comment: 24 pages; 15 figure

Building Information Modeling (BIM) for Indoor Environmental Performance Analysis

The report is a part of a research assignment carried out by students in the 5ETCS course “Project Byggeri – [entitled as: Building Information Modeling (BIM) – Modeling & Analysis]”, during the 3rd semester of master degree in Civil and Architectural Engineering, Department of Engineering, Aarhus University. This includes seven papers describing  BIM for Sustainability, concentrating specifically on individual topics regarding to Indoor Environment Performance Analysis