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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2004.tde-22092005-202846
Documento
Autor
Nome completo
João Luiz Bernardes Júnior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2004
Orientador
Banca examinadora
Martins, Clovis de Arruda (Presidente)
Cardoso, Alexandre
Tori, Romero
Título em português
Desenvolvimento de um ambiente para visualização tridimensional da dinâmica de risers.
Palavras-chave em português
detecção de colisões
engenharia de programação
realidade virtual
risers
visualização científica
vórtices
Resumo em português
A importância da exploração marítima de petróleo, em especial para o Brasil, é indiscutível e risers são estruturas essenciais para essa atividade. Uma melhor compreensão da dinâmica dessas estruturas e dos esforços a que estão submetidas vem resultando de pesquisa constante na área, pesquisa que gera um grande volume de dados, freqüentemente descrevendo fenômenos de difícil compreensão. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente que combina técnicas de realidade virtual (como ambientes 3D, navegação e estereoscopia) e visualização científica (como mapeamento de cores, deformações e glifos) para facilitar a visualização desses dados. O ambiente, batizado como RiserView, permite a montagem de cenas tridimensionais compostas por risers, relevo do solo, superfície marítima, embarcações, bóias e outras estruturas, cada um com sua dinâmica própria. Permite ainda a visualização do escoamento para que a formação de vórtices na vizinhança dos risers e a interação fluido-mecânica resultante possam ser estudadas. O usuário pode controlar parâmetros da visualização de cada elemento e da animação da cena, bem como navegar livremente por ela. Foi desenvolvido também um algoritmo de baixo custo computacional (graças a simplificações possíveis devido à natureza do problema) para detecção e exibição em tempo real de colisões entre risers. O Processo Unificado foi adaptado para servir como metodologia para o projeto e implementação do aplicativo. O uso do VTK (API gráfica e de visualização científica) e do IUP (API para desenvolvimento de interfaces com o usuário) simplificou o desenvolvimento, principalmente para produzir um aplicativo portável para MS-Windows e Linux. Como opções de projeto, a visualização científica e a velocidade na renderização das cenas são privilegiadas, ao invés do realismo e da agilidade na interação com o usuário. As conseqüências dessas escolhas, bem como alternativas, são discutidas no trabalho. O uso do VTK e, através dele, do OpenGL permite que o aplicativo faça uso dos recursos disponíveis em placas gráficas comerciais para aumentar sua performance. Em sua versão atual a tarefa mais custosa para o RiserView é a atualização das posições de risers, principalmente descritos no domínio da freqüência, mas o trabalho discute aprimoramentos relativamente simples para minimizar esse problema. Apesar desses (e de outros) aprimoramentos possíveis, discutidos no trabalho, o ambiente mostra-se bastante adequado à visualização dos risers e de sua dinâmica bem como de fenômenos e elementos a eles associados.
Título em inglês
Development of an environment for tridimensional visualization of riser dynamics.
Palavras-chave em inglês
collision detection
risers
scientific visualization
software engineering
virtual reality
vortices
Resumo em inglês
The importance of offshore oil exploration, especially to Brazil, cannot be argued and risers are crucial structures for this activity. A better understanding of the dynamics of these structures and of the efforts to which they are subject has been resulting from constant research in the field, research that generates a large volume of data, often describing phenomena of difficult comprehension. This work describes the development of a software environment that combines elements of virtual reality (3D environments, navigation, stereoscopy) and scientific visualization techniques (such as color mapping, deformations and glyphs) to improve the understanding and visualization of these data. The environment, christened RiserView, allows the composition of tridimensional scenes including risers, the floor and surface of the ocean and ships, buoys and other structures, each with its own dynamics. It also allows the visualization of the flow in the neighborhood of the risers so that vortex shedding and the resulting fluid-mechanic interactions may be studied. The user may control parameters of the scene animation and of the visualization for each of its elements, as well as navigate freely within the scene. An algorithm of low computational cost (thanks to simplifications possible due to the nature of the problem), for the detection and exhibition of collisions between risers in real time, was also developed. The Unified Process was adapted to guide the software's project and implementation. The use of VTK (a scientific visualization and graphics API) and IUP (a user interface development API) simplified the development, especially the effort required to build an application portable to MS-Windows and Linux. As project choices, scientific visualization and the speed in rendering scenes in real time were given higher priority than realism and the agility in the user interaction, respectively. The consequences of these choices, as well as some alternatives, are discussed. The use of VTK and, through it, OpenGL, allows the application to access features available in most commercial graphics cards to increase performance. In its current version, the most costly task for RiserView are the calculations required to update riser positions during animation, especially for risers described in the frequency domain, but the work discusses relatively simple improvements to minimize this problem. Despite these (and other) possible improvements discussed in the work, the application proves quite adequate to the visualization of risers and their dynamics, as well as of associate elements and phenomena.
 
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RiserView_Final_4.pdf (705.84 Kbytes)
Data de Publicação
2005-10-13
 
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