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Isabel Harb Manssour
Título aqui 1
Visualização Científica e de Informações: Conceitos e Aplicações
Profa. Isabel Harb Manssour isabel.manssour@pucrs.br
Porto Alegre, outubro de 2012
Introdução
Conceitos
Aplicações
Comentários Finais
Roteiro
Isabel Harb Manssour
Título aqui 2
Introdução
4
National Science Foundation organizou um
workshop sobre Visualização Científica
1987
Introdução
Isabel Harb Manssour
Título aqui 3
Workshop
Participação multidisciplinar
Computação Gráfica e Processamento de Imagens,
Física, Matemática, Química, Imagens Médicas
Conclusões
Dados com grande volume
2D e 3D
Supercomputadores, satélites de observação da Terra,
experimentos químicos e equipamentos médicos
União de disciplinas
Objetivos da Visualização
Benefícios da Visualização
Introdução
Objetivos da visualização
Gerenciamento do grande volume de dados
Novas ferramentas
Possibilitar a análise visual e a exploração de dados
científicos
Técnicas de CG e PI
Controle interativo dos processamentos e simulações
Hardware
Supercomputadores, Estações de trabalho,
Equipamentos de RV
Elaboração de ambientes de programação gráficos
Introdução
Isabel Harb Manssour
Título aqui 4
Benefícios da Visualização
Conjunto de ferramentas portáveis
Aumento da produtividade científica
Padronização das ferramentas
Melhor aproveitamento das facilidades
avançadas da computação
Introdução
Grande evolução da área desde
1987
Aplicações com aumento do
volume de dados (Algoritmos out-
of-core)
Hardware
Extensa literatura (proceedings,
journals, livros)
Novas formas de interação
Introdução
Isabel Harb Manssour
Título aqui 5
Surgimento de “especializações”
IEEE Scientific Visualization (Volume Visualizaton)
IEEE Information Visualization
IEEE Visual Analytics Science and Technology
Conferences
IEEE Large-Scale Data Analysis and Visualization
IEEE Biological Data Visualization
International Symposium on Visualization for Cyber
Security
…
Introdução
Conceitos
Isabel Harb Manssour
Título aqui 6
Conceitos
Visualização Científica
Visualização científica está relacionada com a
“exploração” de dados e informações
(graficamente) com o objetivo de facilitar o seu
entendimento
Análise visual de dados
Sistemas de visualização científica combinam
software e hardware para extrair informações de
conjuntos de dados complexos
Conceitos
Função dos ambientes de Visualização
Científica Propiciar ferramentas adequadas de exploração do
volume de dados e de representação visual
Vantagem: controle do experimento
Visualização Científica
X
Apresentações Gráficas
Entendimento dos
dados
Exibe a informação
“já entendida”
Isabel Harb Manssour
Título aqui 7
Conceitos
Visualização de Informações Representações gráficas de dados e informações
alfanuméricas
Aplicação de técnicas interativas de computação
gráfica, que combina aspectos de CG, IHC e
mineração de dados
Consiste num conjunto de técnicas que fornecem
uma representação visual que abstrai detalhes
de um conjunto de informações e propicia uma
organização segundo algum critério
Conceitos
Visualização de Informações Objetivo: facilitar o processo de análise e compreensão
de um conjunto de dados/informações abstratas, através
da visualização
Auxilia a análise de dados financeiros, mineração de
dados, estudos do
mercado ou
gerenciamento de
redes de
computadores
http://www.research.att.com/areas/visualization/projects_software/photo_powerwall.jpg
Isabel Harb Manssour
Título aqui 8
Conceitos
Visualização de Informações
Cresceu rapidamente e é aplicada como um
componente crítico em
Pesquisas científicas
Análise de dados financeiros
Bibliotecas digitais
Mineração de dados
Estudos do mercado
...
Conceitos
Visualização Científica
X
Visualização de Informações
Quando os dados
correspondem a
medidas associadas a
objetos físicos,
fenômenos ou posições
em um domínio espacial
Trata dados abstratos
como
relacionamentos ou
informações inferidas
a partir de dados
mensurados
Isabel Harb Manssour
Título aqui 9
Conceitos
Representações Visuais: Gráficos (linha, barra, histogramas, 3D)
Ícones (observação de um objeto no contexto)
Linhas de contorno
Streamlines e stream surfaces
Isosuperfícies
Planos de corte
Diagramas e redes (estrutura de objetos,
comportamento de um objeto num instante t)
Mapas (propriedades estáticas de objetos,
comportamento num instante t)
Modelos geométricos (estrutura de objetos)
Modelos físicos (anatômicos, arquitetônicos)
Relacionamentos, hierarquias
Sequência das representações anteriores
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 10
Simulação
Visões de cenas fixas, objetos em movimento e
efeitos especiais
Alguns tipos de simuladores:
Simuladores de vôo
Simuladores de tanque
Simuladores de carros
Simuladores de cirurgia
Aplicações
Simulador de cirurgia
Objetivo
Ambientes para ensino e treinamento (cirurgias
minimamente invasivas)
Verificação das conseqüências de uma
intervenção cirúrgica antes da sua realização
Aspectos envolvidos
Representação da anatomia: órgãos, processos
(por exemplo: cortes)
Simulação de “eventos”: sangramento,
deformações
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 11
Simulador de cirurgia
KISMET 3D - http://iregt1.iai.fzk.de
Simulador de artroscopia
http://www.virtamed.com/products/arthros
RoSS - Robotic Surgery Simulator
http://www.simulatedsurgicals.com/index.htm
l
Aplicações
Visualização Científica: Medicina
Ferramentas de corte (PUCRS)
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 12
Aplicações
Uma Ferramenta Interativa para
Visualização e Extração de Medidas
de Imagens Médicas
Alunos TC: Matheus Machado de
Carvalho e Ricardo Melo Czekster
Prêmio: 3º lugar CTIC 2003
Visualização 3D
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 13
Segmentação de Imagens (PUCRS)
Aplicações
Fatia de tomografia
computadorizada
Resultado da segmentação
aplicada à imagem de
tomografia
Aplicações
Um Estudo sobre a Automação da Análise de Imagens de
Sedimentos de Urina
Aluno TC: Felipe Eduardo Lammel
Prêmio: Assespro 2011/1
Cristais de Cistina
Isabel Harb Manssour
Título aqui 14
Visualização Científica: Dados Oceanográficos
Ferramenta para visualização 3D Dissertação Nathalie Rey da Silva (PUCRS)
Aplicações
Visualização de
Temperatura
Visualização vetorial da
velocidade das correntes do
volume total (a) e aplicando
zoom (b)
Ferramenta para visualização 3D Dissertação Nathalie Rey da Silva (PUCRS)
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 15
Mapa de Isolinhas de Temperatura
Mapa de Ícones
Aplicações
Visualização Científica: Meteorologia
http://www.psc.edu/publicinfo/tcs/
Meteorologia
Exemplos:
Modelo numérico do
airflow numa tempestade
Animação representando uma tempestade
67 km2 x 17 km
Superfície branca: nuvens e água da chuva
Superfície vermelha: massa de água e ar que “gira”
rapidamente puxando os objetos para o seu centro (provoca
tornados)
“Fitas” azuis: velocidade do vento em dois planos
(600 e 4800 metros acima do solo)
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 16
GIS (Geografical Information Systems)
Ferramentas capazes de capturar, armazenar,
gerenciar, manipular, analisar, modelar e exibir
informações relacionadas ao espaço geográfico
Geram mapas e são geralmente aplicados a dados
espaciais
Útil em várias áreas
Planejamento urbano
Planejamento de plataformas petrolíferas
Análise de dados do censo
...
Exemplo: http://www.rockware.com
Aplicações
Sistemas de Informações Geográficas
Visualização de Informações
Exemplos de aplicações de visualização
Visualização do crescimento de uma rede
Visualização de hierarquias e estruturas de árvore
Visualização e manipulação de grafos abstratos,
auxiliando a análise
Visualização de sistemas complexos
Busca e análise visual em grandes bases de dados
para descobrir conhecimentos interessantes
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 17
http://www.cs.ubc.ca/~tmm/courses/cpsc533c-03-spr/0120.fengdongdu.ppt
Exemplos:
Visualização da evolução
da rede ao longo dos anos
Visualização do
trafego na Internet
Aplicações
Aplicações
SVRC - Sistema de Visualização Gráfica Para Monitoração de
Segurança em Redes de Computadores
Aluno TC: Everton de Oliveira Sarmento
Prêmio: Assespro 2006/2
Isabel Harb Manssour
Título aqui 18
Aplicações
Uma Aplicação para Visualização de Alteração de Código-fonte
Alunos TC: Pablo Reis Barão e Thiago Sindra
Prêmio: Assespro 2005/2
Linhas
incluídas
Linhas
excluídas
Linhas
alteradas
Exemplo: visualização de
hierarquias
exibição
de um extenso
sistema de arquivos
através de uma
técnica de projeção
hiperbólica
Aplicações
Isabel Harb Manssour
Título aqui 19
Aplicações
DeepTwitter: Um Sistema para gerenciar e visualizar
informações do Twitter
Alunos TC: Guilherme Coletto Rotta e Vinícius Silva de Lemos
Prêmio: 2º lugar no Sibgrapi WUW 2009
Aplicações
Aplicação de Técnicas de Visualização de Informação para a
Rede Social LinkedIn
Alunos TC: Josianni dos Santos Nunes e Marcos Eich
Prêmio: Assespro 2011/2
Isabel Harb Manssour
Título aqui 20
Aplicações
Aplicação de Técnicas de Visualização de Informação para a
Rede Social LinkedIn
Aplicações
Aplicação de Técnicas de Visualização de Informação para a
Rede Social LinkedIn
Isabel Harb Manssour
Título aqui 21
Aplicações
Visualização
Informações:
Encontra artistas similares aos seus favoritos
Digita nome do artista ou banda e verifica as referências
cruzadas do estilo,
influência, etc.
http://liveplasma.com
Aplicações
Tráfego aéreo
Outro exemplo: http://www.flightradar24.com/
Isabel Harb Manssour
Título aqui 22
Aplicações
Olimpíada
Copa
http://esportes.terra.com.br/rumo-a-2012/infograficos/mapa-
de-medalhas/
http://www.marca.com/deporte/futbol/mundial/sudafrica-
2010/calendario.html
Aplicações
http://dados.gov.br/
Grande volume de dados
Diversos formatos de arquivos (csv, xls, ...)
Algumas ferramentas para visualização (apps
disponibilizadas no site)
Isabel Harb Manssour
Título aqui 23
Aplicações
Visualização
Informações:
50 grandes exemplos
http://www.webdesignerdepot.com/2009/06/50-great-examples-of-
data-visualization/
Pesquisas no google
http://data-arts.appspot.com/globe-search
Many Eyes (Fernanda Viegas – MIT/IBM Research)
http://www-
958.ibm.com/software/data/cognos/manyeyes/visualizations
Comentários Finais
Isabel Harb Manssour
Título aqui 24
Evolução da Computação Gráfica depende
da evolução do hardware
Novas gerações de placas gráficas permitiram
O desenvolvimento de várias aplicações
Um grande avanço em muitas áreas da CG
Programação em placa gráfica
Imagens podem ser geradas em tempo real
Grande volume de dados podem ser armazenados
na memória das placas gráficas (benefício
para a área de visualização)
Comentários Finais
Facilidade atual
Bibliotecas e toolkits que auxiliam a
programação
OpenGL/DirectX
Implementação de interfaces gráficas
Novas formas de interação
Visualização e processamento de imagens
Programação de aplicações para dispositivos móveis
Comentários Finais
Isabel Harb Manssour
Título aqui 25
Avanço da tecnologia em Medicina
Introduz novos instrumentos para realização de
procedimentos complexos
Necessidades Reduzir custos; Aumentar o “conforto” na sua utilização;
Aumentar a precisão; Auxiliar no diagnóstico;
Comentários Finais
Tendência
Desenvolvimento de representações visuais
eficazes
Novas formas de interação e interfaces amigáveis
Visualização e interação em tempo real com
grandes volumes de dados
Análise visual
Comentários Finais
Isabel Harb Manssour
Título aqui 26
Algumas Referências
Algumas Referências
C. Chen, S. Morris. Visualizing Evolving Networks: Minimum Spanning Trees
versus Pathfinder Networks. Information Visualization 2003.
R. A. Earnshaw, N. Wiseman. An Introductory Guide to Scientific Visualization.
Berlin: Springer-Verlag, 1992. 156 p.
J.D. Foley, et al. Computer Graphics: Principles and Practice. New York,
Addison Wesley, 1990, 2th ed.
D. R. Medaglia, I.H. Manssour. Segmentação de Imagens Médicas Baseada
no Uso das Bibliotecas ITK e VTK. XIX SIBGRAPI – Workshop de Iniciação
Científica, 2006, Manaus.
T. Munzner, P. Burchard. Visualizing the structure of the World Wide Web in
3D hyperbolic space. VRML'95: Proceedings of the first symposium on
Virtual reality modeling language, ACM Press, p. 33-38, 1995.
C. Hansen, C. Johnson. Visualization Handbook. Academic Press; 1st edition,
2004.
Isabel Harb Manssour
Título aqui 27
Algumas Referências
C.M.D.S. Freitas, O.M. Chubachi, P.R.G. Luzzardi, R.A. Cava. Introdução à
Visualização de Informações. Revista de Informatica Teórica e Aplicada,
Porto Alegre, RS, v. 8, n. 2, p. 143-158, 2001.
Iglezias, L.M.; Czekster, R.M.; Manssour, I.H. Uma Ferramenta Interativa para
Visualização e Exploração de Imagens Médicas. CLEI2005, 2005, Cali,
Colombia. 2005.
I.H. Manssour. Visualização de Estruturas Internas em Volumes de Dados
Multimodais, 2002. (Tese de Doutorado).
I.H. Manssour. VisualMet - Um Sistema para Visualização e Exploração de
Dados Meteorológicos, 1996. (Dissertação de Mestrado).
B. H. McCormick, T. A. DeFanti, M. D. Brown. Visualization in Scientific
Computing, Computer Graphics, v. 21, n. 6, p. 15–21, 1987.
H.V. da Rocha, M.C.C. Baranauskas. Design e Avaliação de Interfaces
Humano-Computador. NIED/UNICAMP. 2003. 244 p.
Algumas Referências
M.A.F. Rodrigues, R.G. Barbosa, W.B. Silva. Desenvolvimento de Aplicações
3D para Dispositivos Móveis utilizando as APIs M3G e OpenGL ES. Revista
RITA, v XIII, n. 2, 2006.
R. Spence. Information visualization. Harlow: Addison-Wesley, 2003. 206 p.
D. Parker. Systems Aspects of Visualization Applications. In: Richard S.
Gallagher (Ed.). Computer Visualization. CRC Press, 1995.
Colin Ware. Information Visualization: Perception for Design. Morgan
Kaufmann, 3th edition, 2012.
Helen Wright. Introduction to Scientific Visualization. Springer; 1st Edition,
2006.
Isabel Harb Manssour
Título aqui 28
Perguntas?
Dúvidas?
Profa. Dra. Isabel Harb Manssour
isabel.manssour@pucrs.br
http://www.inf.pucrs.br/~manssour
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