Topology Verification for Isosurface Extraction

The broad goals of verifiable visualization rely on correct algorithmic implementations. We extend a framework for verification of isosurfacing implementations to check topological properties. Specifically, we use stratified Morse theory and digital topology to design algorithms which verify topological invariants. Our extended framework reveals unexpected behavior and coding mistakes in popular publicly available isosurface codes.

Investigation of the relationship between the structure and function of Ts2, a neurotoxin from Tityus serrulatus venom

Scorpion toxins targeting voltage-gated sodium (NaV) channels are peptides that comprise 6076 amino acid residues cross-linked by four disulfide bridges. These toxins can be divided in two groups (a and beta toxins), according to their binding properties and mode of action. The scorpion a-toxin Ts2, previously described as a beta-toxin, was purified from the venom of Tityus serrulatus, the most dangerous Brazilian scorpion. In this study, seven mammalian NaV channel isoforms (rNaV1.2, rNaV1.3, rNaV1.4, hNaV1.5, mNaV1.6, rNaV1.7 and rNaV1.8) and one insect NaV channel isoform (DmNaV1) were used to investigate the subtype specificity and selectivity of Ts2. The electrophysiology assays showed that Ts2 inhibits rapid inactivation of NaV1.2, NaV1.3, NaV1.5, NaV1.6 and NaV1.7, but does not affect NaV1.4, NaV1.8 or DmNaV1. Interestingly, Ts2 significantly shifts the voltage dependence of activation of NaV1.3 channels. The 3D structure of this toxin was modeled based on the high sequence identity (72%) shared with Ts1, another T. serrulatus toxin. The overall fold of the Ts2 model consists of three beta-strands and one a-helix, and is arranged in a triangular shape forming a cysteine-stabilized a-helix/beta-sheet (CSa beta) motif.

Interactive quadrangulation with reeb atlases and connectivity textures

Creating high-quality quad meshes from triangulated surfaces is a highly nontrivial task that necessitates consideration of various application specific metrics of quality. In our work, we follow the premise that automatic reconstruction techniques may not generate outputs meeting all the subjective quality expectations of the user. Instead, we put the user at the center of the process by providing a flexible, interactive approach to quadrangulation design. By combining scalar field topology and combinatorial connectivity techniques, we present a new framework, following a coarse to fine design philosophy, which allows for explicit control of the subjective quality criteria on the output quad mesh, at interactive rates. Our quadrangulation framework uses the new notion of Reeb atlas editing, to define with a small amount of interactions a coarse quadrangulation of the model, capturing the main features of the shape, with user prescribed extraordinary vertices and alignment. Fine grain tuning is easily achieved with the notion of connectivity texturing, which allows for additional extraordinary vertices specification and explicit feature alignment, to capture the high-frequency geometries. Experiments demonstrate the interactivity and flexibility of our approach, as well as its ability to generate quad meshes of arbitrary resolution with high-quality statistics, while meeting the user's own subjective requirements.

Flow Visualization with Quantified Spatial and Temporal Errors Using Edge Maps

Robust analysis of vector fields has been established as an important tool for deriving insights from the complex systems these fields model. Traditional analysis and visualization techniques rely primarily on computing streamlines through numerical integration. The inherent numerical errors of such approaches are usually ignored, leading to inconsistencies that cause unreliable visualizations and can ultimately prevent in-depth analysis. We propose a new representation for vector fields on surfaces that replaces numerical integration through triangles with maps from the triangle boundaries to themselves. This representation, called edge maps, permits a concise description of flow behaviors and is equivalent to computing all possible streamlines at a user defined error threshold. Independent of this error streamlines computed using edge maps are guaranteed to be consistent up to floating point precision, enabling the stable extraction of features such as the topological skeleton. Furthermore, our representation explicitly stores spatial and temporal errors which we use to produce more informative visualizations. This work describes the construction of edge maps, the error quantification, and a refinement procedure to adhere to a user defined error bound. Finally, we introduce new visualizations using the additional information provided by edge maps to indicate the uncertainty involved in computing streamlines and topological structures.

Tests of one Brazilian facial reconstruction method using three soft tissue depth sets and familiar assessors

Facial reconstruction is a method that seeks to recreate a person's facial appearance from his/her skull. This technique can be the last resource used in a forensic investigation, when identification techniques such as DNA analysis, dental records, fingerprints and radiographic comparison cannot be used to identify a body or skeletal remains. To perform facial reconstruction, the data of facial soft tissue thickness are necessary. Scientific literature has described differences in the thickness of facial soft tissue between ethnic groups. There are different databases of soft tissue thickness published in the scientific literature. There are no literature records of facial reconstruction works carried out with data of soft tissues obtained from samples of Brazilian subjects. There are also no reports of digital forensic facial reconstruction performed in Brazil. There are two databases of soft tissue thickness published for the Brazilian population: one obtained from measurements performed in fresh cadavers (fresh cadavers' pattern), and another from measurements using magnetic resonance imaging (Magnetic Resonance pattern). This study aims to perform three different characterized digital forensic facial reconstructions (with hair, eyelashes and eyebrows) of a Brazilian subject (based on an international pattern and two Brazilian patterns for soft facial tissue thickness), and evaluate the digital forensic facial reconstructions comparing them to photos of the individual and other nine subjects. The DICOM data of the Computed Tomography (CT) donated by a volunteer were converted into stereolitography (STL) files and used for the creation of the digital facial reconstructions. Once the three reconstructions were performed, they were compared to photographs of the subject who had the face reconstructed and nine other subjects. Thirty examiners participated in this recognition process. The target subject was recognized by 26.67% of the examiners in the reconstruction performed with the Brazilian Magnetic Resonance Pattern, 23.33% in the reconstruction performed with the Brazilian Fresh Cadavers Pattern and 20.00% in the reconstruction performed with the International Pattern, in which the target-subject was the most recognized subject in the first two patterns. The rate of correct recognitions of the target subject indicate that the digital forensic facial reconstruction, conducted with parameters used in this study, may be a useful tool. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Semi-supervised dimensionality reduction based on partial least squares for visual analysis of high dimensional data

Dimensionality reduction is employed for visual data analysis as a way to obtaining reduced spaces for high dimensional data or to mapping data directly into 2D or 3D spaces. Although techniques have evolved to improve data segregation on reduced or visual spaces, they have limited capabilities for adjusting the results according to user's knowledge. In this paper, we propose a novel approach to handling both dimensionality reduction and visualization of high dimensional data, taking into account user's input. It employs Partial Least Squares (PLS), a statistical tool to perform retrieval of latent spaces focusing on the discriminability of the data. The method employs a training set for building a highly precise model that can then be applied to a much larger data set very effectively. The reduced data set can be exhibited using various existing visualization techniques. The training data is important to code user's knowledge into the loop. However, this work also devises a strategy for calculating PLS reduced spaces when no training data is available. The approach produces increasingly precise visual mappings as the user feeds back his or her knowledge and is capable of working with small and unbalanced training sets.

A fragment-based approach for ligand binding affinity and selectivity for the liver X receptor beta

Selective modulation of liver X receptor beta (LXR beta) has been recognized as an important approach to prevent or reverse the atherosclerotic process. In the present work, we have developed robust conformation-independent fragment-based quantitative structure-activity and structure-selectivity relationship models for a series of quinolines and cinnolines as potent modulators of the two LXR sub-types. The generated models were then used to predict the potency of an external test set and the predicted values were in good agreement with the experimental results, indicating the potential of the models for untested compounds. The final 2D molecular recognition patterns obtained were integrated to 3D structure-based molecular modeling studies to provide useful insights into the chemical and structural determinants for increased LXR beta binding affinity and selectivity. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

PXRF and multivariate statistics analysis of pre-colonial pottery from northeast of Brazil

Portable system of energy dispersive X-ray fluorescence was used to determine the elemental composition of 68 pottery fragments from Sambaqui do Bacanga, an archeological site in Sao Luis, Maranhao, Brazil. This site was occupied from 6600 BP until 900 BP. By determining the element chemical composition of those fragments, it was possible to verify the existence of engobe in 43 pottery fragments. Obtained from two-dimensional graphs and hierarchical cluster analysis performed in fragments of stratigraphies from surface and 113-cm level, and 10 to 20, 132 and 144-cm level, it was possible to group these fragments in five distinct groups, according to their stratigraphies. The results of data grouping (two-dimensional graphics) are in agreement with hierarchical cluster analysis by Ward method. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

A elaboração de um ambiente virtual de aprendizagem em síndromes genéticas

Objetivo: desenvolver um ambiente virtual de aprendizagem (AVA) para alunos do ensino fundamental sobre síndromes genéticas. Método: o AVA, conhecido como Cybertutor, possibilita o aprendizado do aluno pela internet de forma interativa. A metodologia deste estudo foi composta de duas etapas, a de desenvolvimento e a de disponibilização do AVA. O desenvolvimento do conteúdo educacional, gráfico e audiovisual do Cybertutor contou com o auxílio de um geneticista do HRAC/ USP e de informações científicas disponibilizadas em livros, artigos, teses e dissertações nacionais e internacionais. O Cybertutor foi disponibilizado na plataforma do Projeto Jovem Doutor (http://www. jovemdoutor.org.br/jdr/) pela equipe técnica da DTM/FMUSP. Resultados: o Cybertutor elaborado possibilitou estruturar o conteúdo educacional, gráfico e audiovisual em tópicos, inserir questões de reforço, lista de discussão e verificar o desempenho dos alunos. Conclusão: o AVA desenvolvido pode ser uma importante ferramenta de educação em saúde em Síndromes Genéticas, abrangendo as mais diversas regiões do país.

Quatro Desenhos de Frank Lloyd Wright

O objetivo deste trabalho é discutir aspectos do processo de projeto e sua representação gráfica, num momento em que softwares de projeto 3D vem se tornando hegemônicos na prática do arquiteto e no ensino de arquitetura, em contraponto às práticas de desenho em prancheta. Os motivos e circunstâncias não são objeto do trabalho, cujo foco está numa prática de projeto e representação gráfica 2D, mas que tem muito a contribuir para o debate do quadro acima: os desenhos de projeto de Frank Lloyd Wright. Casos de estudo: quatro pranchas desenhadas por FLLW. É importante notar que, no vasto quadro da historiografia wrightiana, análises e interpretações originais, pioneiras, da arquitetura vem surgindo nas últimas décadas, mas ainda há poucos textos sobre desenhos e representação gráfica do arquiteto. Este constitui uma primeira aproximação do autor acerca de tema que oferece abrangente potencial. São exemplos em que, na relação imagem-objeto, a representação bidimensional constrói o projeto tridimensional. A arquitetura emerge como experimentação sem cair na especulação formal. Demonstram uma prática mais lenta, reflexiva e laboriosa do que a oferecida pelos software 3D atuais – mas onde cada traço, textura e grafismo implica um significado de espaço e materialidade.

A arquitetura patrimonial através dos jogos digitais

O presente artigo pretende ressaltar o potencial dos jogos digitais como instrumento de assimilação do conhecimento em arquitetura patrimonial, através da pesquisa Patrimônio arquitetônico, design e educação: desenvolvimento de Sistemas Interativos Lúdicos (jogos educativos em meio digital). Nesta pesquisa foram desenvolvidos jogos digitais a partir do levantamento das características arquitetônicas dos edifícios de relevância histórica e cultural da cidade de São Carlos. Através da interação e exploração da interface digital pelo usuário, a apropriação do conhecimento ocorre de uma forma lúdica e criativa. Por meio da manipulação desses jogos, os alunos, cidadãos e visitantes podem aproximar-se da educação patrimonial adquirindo consciência histórica e aprendendo a valorizar as origens da cidade e a arquitetura do município. Ressalta-se a importância das metodologias que permitem viabilizar o desenvolvimento dos jogos eletrônicos (desenho e linguagem de programação) e que se apresentam como importantes ferramentas de representação da arquitetura. Por fim, destaca-se a importância da educação patrimonial para a formação do cidadão e preservação do patrimônio cultural.

Comentários gráficos sobre os desenhos de Paulo Mendes da Rocha

Partindo-se do pressuposto de que o desenho é instrumento de diálogo entre o arquiteto e ele mesmo ou com terceiros e que este tipo de representação vem perdendo espaço para tecnologias digitais, este trabalho tem como objetivo estudar e analisar desenhos de projetos selecionados do arquiteto Paulo Mendes da Rocha, como contribuição para a discussão sobre o papel do desenho analógico no processo projetivo atual. O estudo acerca de quatro projetos (Ginásio do Clube Paulistano, Residência Butantã, Residência Millan e MuBE) se deu através de marcações realizadas pela pesquisadora sobre desenhos originais do arquiteto, com o objetivo de detectar intenções projetuais, conceitos e características dos projetos. Para tanto, foram feitas marcações gráficas sobre os desenhos originais, de maneira a evidenciar uma leitura particular da pesquisadora, permitindo assim uma melhor compreensão dos projetos escolhidos para o estudo. O desenho sobre o desenho marca os pontos que o julgamento considera importantes, tratando-se de uma leitura particular e permitindo melhor compreensão dos projetos para quem o pratica, uma vez que o ato de desenhar está estreitamente relacionado ao de pensar. Optou-se por apresentar as imagens relacionadas a citações diretas de autores

O modelo tridimensional físico e seu papel na educação patrimonial

Este artigo versa sobre uma pesquisa integrante do Núcleo de Apoio à Pesquisa em Estudos de Linguagem em Arquitetura e Cidade (N.ELAC), que desenvolve pesquisas em Linguagem e Representação. Entre as diversas formas de representação em arquitetura, a presente pesquisa traz o modelo tridimensional físico como ferramenta que proporciona maior facilidade de leitura do projeto, sendo mais concreta que os desenhos técnicos. Objetiva-se, assim, destacar a importância do modelo físico como meio de aproximação da população ao patrimônio arquitetônico. Como estudo de caso, foi escolhido o Edifício E1, obra de Ernest Mange e Hélio Duarte. Localizado no campus da USP em São Carlos, é considerado patrimônio da cidade, entretanto, encontra-se praticamente enclausurado no interior do campus, dificultando maior contato da comunidade com o edifício. O projeto do edifício utilizou apenas o desenho como representação, não incluindo nenhum tipo de modelo tridimensional (físico ou digital). A partir de um levantamento das representações gráficas utilizadas pelos projetistas, foi possível fazer uma comparação entre o nível de compreensão do projeto apenas com as peças gráficas dos arquitetos e a partir do modelo físico, produzido pela pesquisadora. Foi realizado um pré-teste em escola pública municipal, despertando o interesse desses alunos pelo edifício em questão.

O uso de modelos nos processos projetuais contemporâneos

Durante o processo de projeto, o arquiteto transpõe suas ideias para o campo real, do concreto. Os diversos modos de expressão e representação têm como função mediar essa interação, diminuindo a distância entre esses dois campos. Vive-se hoje, um momento de intensa transformação das estratégias projetuais, propiciada pelos novos meios digitais. Assim, esta pesquisa, centra-se na comparação entre diversos momentos do uso de modelos nos processos projetivos contemporâneos, através de uma investigação em escritórios de arquitetura paulistanos que utilizam o modelo físico como parte de seus processos de projeto. Busca-se entender qual o papel dessa ferramenta de representação e suas potencialidades nos dias atuais. Como estudo de caso, faz-se uma análise comparativa entre o uso das maquetes digital e física, destacando dois estudos: a maquete do Conjunto Ponte dos Remédios, do arquiteto Marcos Acayaba e as maquetes de estudos elaboradas pelo escritório Andrade Morettin Arquitetos, para o concurso para o Instituto Moreira Salles/SP. Entre os objetivos desse trabalho também se encontra uma análise da contribuição dos modelos físicos no Ensino de Arquitetura.