Immersive analytics in dam safety control

Nuno Filipe Verdelho Trindade

Key information

Authors:

Nuno Filipe Verdelho Trindade (Nuno Verdelho Trindade)

Supervisors:

Alfredo Manuel dos Santos Ferreira Júnior (Alfredo Ferreira); Sérgio Bruno Martins de Oliveira (Sérgio Bruno Martins de Oliveira); Daniel Jorge Viegas Gonçalves (Daniel Jorge Viegas Gonçalves)

Published in

07/01/2025

Abstract

O controlo da segurança de barragens consiste na monitorização e análise dos dados observados, comparando-os com resultados de modelos numéricos. A visualização de dados de barragens é normalmente realizada em computadores desktop, utilizando gráficos tradicionais. A contextualização visual da informação contida nesses gráficos com a zona da barragem a que se refere é fundamental para compreender o comportamento global das barragens. Embora nada proporcione uma perceção espacial tão precisa das características da estrutura como estar em frente à barragem real, tal cenário é pouco prático. As barragens estão frequentemente localizadas em locais remotos e a análise dos dados é geralmente realizada em gabinete. E embora olhar para os dados sem os contextualizar com a barragem não seja o ideal, olhar para a barragem real sem a contextualizar com os dados é igualmente problemático. A análise imersiva de dados aproveita a realidade estendida para gerar ambientes imersivos nos quais os dados podem ser visualizados. A nossa investigação explora como aquela pode ser aplicada ao controlo de segurança de barragens para melhorar a visualização de dados estruturais. Abordamos uma subárea denominada visualização situada, que tem como objetivo exibir informação in-situ contextualizada com o objeto de análise. Como a análise de dados de barragens é normalmente realizada fora do local, focamo-nos na utilização de modelos virtuais 3D em vez da barragem real (visualização proxsituada). Abordamos o desenvolvimento de protótipos, utilizados para apoiar um estudo com utilizadores, concebido para determinar se e onde a visualização proxsituada pode melhorar o controlo de segurança de barragens. O estudo compara o desempenho e a experiência de utilizador em vários modos/dispositivos (computador desktop, realidade virtual e realidade aumentada) com níveis distintos de detalhe visual e indireção na representação de dados. Os resultados sugerem certas vantagens na experiência de utilizador e desempenho da análise em ambientes imersivos proxsituados em comparação com os ambientes tradicionais/não imersivos. Dam safety control consists of monitoring and analyzing observed data and comparing it with computed results from numerical models. Dam data visualization is typically carried out on desktop computers using traditional charts. Visual contextualization of the information contained in these charts with the area of the dam it pertains to is fundamental to understanding the overall behavior of dams. While nothing provides a more accurate spatial perception of the structures’ features than standing in front of the actual dam, such a scenario is impractical. Dams are often located in remote locations, and data analysis is typically carried out in the office. And while looking at the data without contextualizing it with the dam is not ideal, looking at the real dam without contextualizing it with the data is equally problematic. Immersive analytics uses extended reality to generate immersive environments where data can be visualized. Our research explores how it can be applied to dam safety control to improve structural data visualization. We address a subarea called situated visualization, aimed at displaying information on-site contextualized with the object of analysis. However, because dam data analysis activities are typically carried out off-site, we focus on using virtual 3D models instead of the actual dam (proxsituated visualization). We address the development of specialized prototypes, which are used to support a user study designed to determine if and where proxsituated visualization can improve dam safety control. The study compares performance and user experience across multiple modes/devices (desktop computer, virtual reality, and augmented reality) with distinct levels of visual detail and data representation indirection. Our findings suggest that there are indeed some advantages in both user experience and analysis performance in immersive proxsituated environments, compared to traditional/non-immersive.