Visualização em tempo real de dados volumétricos dinâmicos usando hardware gráfico

Dados volumétricos temporais são usados na representação de fenômenos físicos em várias aplicações de visualização científica, pois tais fenômenos são complexos, alteram-se com o tempo e não possuem uma forma de representação definida. Uma solução é usar amostragens sobre um espaço de forma geométrica simples que contém o fenômeno (um cubo, por exemplo), discretizado ao longo de uma grade em células de mesmo formato e usualmente chamado de volume de amostragem. Este volume de amostragem representa um instante da representação do fenômeno e, para representar dados temporais, simplesmente enumera-se tantos volumes quanto forem as diferentes instâncias de tempo. Esta abordagem faz com que a representação seja extremamente custosa, necessitando de técnicas de representação de dados para comprimir e descomprimir os mesmos. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para compressão de volumes de dados temporais que permite a visualização em tempo real destes dados usando hardware gráfico. O método de compressão usa uma representação hierárquica dos vários volumes de dados dentro da memória do hardware gráfico, referenciados pelo hardware como texturas 3D. O método de compressão tem melhor desempenho para dados volumétricos esparsos e com alto grau de coerência (espacial e temporal). A descompressão destes dados é feita por programas especiais que são executados no próprio hardware gráfico. Um estudo de caso usando o método de compressão/descompressão proposto é apresentado com dados provenientes do Projeto MAPEM (Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima). O objetivo do projeto é propor uma metodologia para o monitoramento dos efeitos das descargas de materiais no ecossistema marinho durante a perfuração de um poço de petróleo. Para estimar certos descarregamentos de fluidos, o projeto usa um simulador CFD que permite mostrar tais descarregamentos, gerando grades planares e uniformes 2D ou 3D em qualquer instante de tempo durante a simulação.

"Echo Offline" : uma ferramenta para medidas ecocardiográficas pós-exame

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de apoio ao diagnóstico através de imagens ecocardiográficas, denominada de “Echo Offline”. O “Echo Offline” foi projetado para mensuração de grandezas lineares em imagens ecocardiográficas digitais, possibilitando a realização de diagnósticos pós-exame e a integração dos dados colhidos no banco de dados da instituição médica. Um estudo transversal contemporâneo e aleatório foi realizado com uma população de quarenta e nove pacientes submetidos a exames ecocardiográficos, as imagens resultantes deste exame foram digitalizadas e um médico especialista mensurou um conjunto de variáveis pré-definidas utilizando o método convencional, ou seja, usando as facilidades oferecidas pelo equipamento de ultra-som comercial. Um segundo médico especialista produziu outros dois conjuntos de dados utilizando o “Echo offline” e desta forma foi possível avaliar a exatidão e a repetibilidade das medidas realizadas pela ferramenta “Echo offline”. O “Echo offline” apresentou uma elevada concordância com o método convencional e apresentou significativa redução no tempo de realização das medidas.

Visualização interativa e manipulação de imagens 3D em tempo real usando métodos baseados na GPU

Este trabalho apresenta um conjunto de ferramentas que exploram as capacidades recentes das placas gráficas de computadores pessoais para prover a visualização e a interação com volumes de dados. O objetivo é oferecer ao usuário ferramentas que permitam a remoção interativa de partes não relevantes do volume. Assim, o usuário é capaz de selecionar um volume de interesse, o que pode tanto facilitar a compreensão da sua estrutura quanto a sua relação com os volumes circundantes. A técnica de visualização direta de volumes através do mapeamento de texturas é explorada para desenvolver estas ferramentas. O controle programável dos cálculos realizados pelo hardware gráfico para gerar a aparência de cada pixel na tela é usado para resolver a visibilidade de cada ponto do volume em tempo real. As ferramentas propostas permitem a modificação da visibilidade de cada ponto dentro do hardware gráfico, estendendo o benefício da visualização acelerada por hardware. Três ferramentas de interação são propostas: uma ferramenta de recorte planar que permite a seleção de um volume de interesse convexo; uma ferramenta do tipo “borracha”, para eliminar partes não relevantes da imagem; e uma ferramenta do tipo “escavadeira”, para remover camadas do volume Estas ferramentas exploram partes distintas do fluxo de visualização por texturas, onde é possível tomar a decisão sobre a visibilidade de cada ponto do volume. Cada ferramenta vem para resolver uma deficiência da ferramenta anterior. Com o recorte planar, o usuário aproxima grosseiramente o volume de interesse; com a borracha, ele refina o volume selecionado que, finalmente, é terminado com a escavadeira. Para aplicar as ferramentas propostas ao volume visualizado, são usadas técnicas de interação conhecidas, comuns nos sistemas de visualização 2D. Isto permite minimizar os esforços do usuário no treinamento do uso das ferramentas. Finalmente, são ilustradas as aplicações potenciais das ferramentas propostas para o estudo da anatomia do fígado humano. Nestas aplicações foi possível identificar algumas necessidades do usuário na visualização interativa de conjuntos de dados médicos. A partir destas observações, são propostas também novas ferramentas de interação, baseadas em modificações nas ferramentas propostas.

Diabetes e estrutura ventricular esquerda em afro-americanos : questões metodológicas em esudos epidemiológicos e dados do estudo ERIC (The Atherosclerosis Risk in Communities

Hipertrofia ventricular esquerda é um importante fator de risco em doença cardiovascular e pode ser responsável por parte do elevado risco cardiovascular associado a diabetes. Apesar de que o estresse hemodinâmico seja classicamente indicado como causa da injúria miocárdica que leva ao remodelamento, a injúria associada aos fatores neuro-humorais e a sinalização celular através da ativação imuno-inflamatória também desempenham um papel, acompanhando os mecanismos recentemente descritos na síndrome metabólica, particularmente na obesidade, onde a ativação do sistema imune inato leva a uma resposta inadequada crônica mediada por citocinas em diversos sistemas corpóreos. A ecocardiografia tem sido usada para identificar anormalidades da estrutura cardíaca, porém, variações metodológicas e os diversos ajustes para os determinantes da massa ventricular como idade, sexo, tamanho corporal e outros correlatos clínicos são motivo de debate, assim como a definição dos estados de anormalidade, tanto para hipertrofia ventricular esquerda, como para outras medidas da estrutura ventricular. Em uma amostra populacional de 1479 Afro- Americanos do Estudo ARIC, investigamos de forma estratificada e multivariada as associações independentes entre diabetes e as alterações estruturais do ventrículo esquerdo, definidas por hipertrofia ventricular, aumento da espessura relativa e padrões geométricos anormais. Encontramos prevalências elevadas dea alterações estruturais nos indivíduos com diabetes. Diabetes associou-se com hipertrofia ventricular em ambos os sexos e com espessura parietal aumentada e padrões geométricos anormais nas mulheres. Na maior parte dos modelos, as associações com diabetes foram minimizadas com os ajustes para obesidade, sugerindo que o impacto da obesidade sobre as alterações estruturais vistas em diabetes pode ser mediado por fatores outros do que a hiperglicemia. Essas novas evidências estão em sintonia com o conhecimento contemporâneo descrito.

Recorte volumétrico usando técnicas de interação 2D e 3D

A visualização de conjuntos de dados volumétricos é comum em diversas áreas de aplicação e há já alguns anos os diversos aspectos envolvidos nessas técnicas vêm sendo pesquisados. No entanto, apesar dos avanços das técnicas de visualização de volumes, a interação com grandes volumes de dados ainda apresenta desafios devido a questões de percepção (ou isolamento) de estruturas internas e desempenho computacional. O suporte do hardware gráfico para visualização baseada em texturas permite o desenvolvimento de técnicas eficientes de rendering que podem ser combinadas com ferramentas de recorte interativas para possibilitar a inspeção de conjuntos de dados tridimensionais. Muitos estudos abordam a otimização do desempenho de ferramentas de recorte, mas muito poucos tratam das metáforas de interação utilizadas por essas ferramentas. O objetivo deste trabalho é desenvolver ferramentas interativas, intuitivas e fáceis de usar para o recorte de imagens volumétricas. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre as principais técnicas de visualização direta de volumes e como é feita a exploração desses volumes utilizando-se recorte volumétrico. Nesse estudo é identificada a solução que melhor se enquadra no presente trabalho para garantir a interatividade necessária. Após, são apresentadas diversas técnicas de interação existentes, suas metáforas e taxonomias, para determinar as possíveis técnicas de interação mais fáceis de serem utilizadas por ferramentas de recorte. A partir desse embasamento, este trabalho apresenta o desenvolvimento de três ferramentas de recorte genéricas implementadas usando-se duas metáforas de interação distintas que são freqüentemente utilizadas por usuários de aplicativos 3D: apontador virtual e mão virtual. A taxa de interação dessas ferramentas é obtida através de programas de fragmentos especiais executados diretamente no hardware gráfico. Estes programas especificam regiões dentro do volume a serem descartadas durante o rendering, com base em predicados geométricos. Primeiramente, o desempenho, precisão e preferência (por parte dos usuários) das ferramentas de recorte volumétrico são avaliados para comparar as metáforas de interação empregadas. Após, é avaliada a interação utilizando-se diferentes dispositivos de entrada para a manipulação do volume e ferramentas. A utilização das duas mãos ao mesmo tempo para essa manipulação também é testada. Os resultados destes experimentos de avaliação são apresentados e discutidos.