Modelagem de articulações para humanos virtuais baseada em anatomia

Técnicas de Processamento de Imagens e de Computação Gráfica vêm sendo empregadas há bastante tempo para o diagnóstico por imagens em Medicina. Mais recentemente, aplicações baseadas em modelos anatômicos, tanto extraídos de volumes de imagens como criados com base em estudos de anatomia, despontam com força. Tais modelos visam suportar simulação de movimento e de fisiologia. Porém, para que isso se torne realidade, modelos anatômicos do corpo humano precisam ser construídos e aperfeiçoados. Entre outras funcionalidades, esses modelos devem ser capazes de representar o movimento articulado do corpo humano. O problema de modelagem das articulações já foi considerado em diversos trabalhos, principalmente em Robótica e Animação. Entretanto, esses trabalhos não levaram em conta fidelidade anatômica com profundidade suficiente para que pudessem ser utilizados em aplicações de Medicina. O principal objetivo deste trabalho, portanto, é a criação de uma estratégia de representação de articulações embasada em características anatômicas para modelagem de esqueletos humanos virtuais. Um estudo da anatomia do esqueleto humano é apresentado, destacando os tipos de articulações humanas e aspectos do seu movimento. Também é apresentado um estudo dos modelos de articulações encontrados na literatura de Computação Gráfica, e são comentados alguns sistemas de software comercial que implementam corpos articulados. Com base nesses dois estudos, procurou-se identificar as deficiências dos modelos existentes em termos de fidelidade anatômica e, a partir disso, propor uma estratégia de representação para articulações humanas que permitisse a construção de corpos humanos virtuais anatomicamente realísticos. O modelo de articulações proposto foi projetado com o auxílio de técnicas de projeto orientado a objetos e implementado no âmbito do projeto Virtual Patients. Usando as classes do modelo, foi construído um simulador de movimentos, que recebe a descrição de um corpo articulado através de um arquivo em formato XML e apresenta uma animação desse corpo. A descrição do movimento também é especificada no mesmo arquivo. Esse simulador foi utilizado para gerar resultados para verificar a correção e fidelidade do modelo articular. Para isso, um joelho virtual foi construído, seus movimentos foram simulados e comparados com outros joelhos: o modelo de outro simulador, um modelo plástico anatômico e o joelho real.

Abordagem baseada em objetivos para construção de casos de uso e cenários

Para o desenvolvimento de sistemas interativos que respeitem critérios de usabilidade em adição aos critérios de qualidade convencionais, é necessário que, desde suas primeiras etapas, as áreas de Engenharia de Software (ES) e de Interação Humano- Computador (IHC) sejam consideradas, simultaneamente e de maneira integrada. Essas duas áreas investigam modelos, conceitos, técnicas e práticas que refletem diferentes perspectivas sobre a atividade de desenvolvimento, uma orientada mais ao sistema (ES) e outra, mais ao usuário (IHC). Para conciliar estas perspectivas, é necessário o estabelecimento de um entendimento mútuo e a utilização conjunta e integrada de conceitos, técnicas e práticas de desenvolvimento de ambas as áreas. Este trabalho visa mostrar as possibilidades desta integração, através da combinação dos conceitos de Casos de Uso (Use Cases) e Cenários (Scenarios), importantes técnicas de modelagem amplamente utilizadas respectivamente nas áreas de ES e IHC, em diferentes contextos, com diferentes visões; mas apresentando similaridades valiosas para propiciarem o uso complementar de ambas as técnicas. Para sistematizar esta integração, é proposta uma abordagem teleológica – baseada em objetivos – de construção sistemática de casos de uso com quatro diferentes níveis de abstração, desde os mais abstratos casos de uso essenciais até os cenários, aqui utilizados como instâncias concretas de casos de uso. Com esta abordagem, pretende-se construir um modelo de casos de uso que permita especificar requisitos funcionais, conjuntamente com requisitos de interação, de maneira compreensível e praticável e que sirva como ponto de partida à continuidade do desenvolvimento orientado a objetos de software. Com o intuito de exemplificar a proposta, é descrita e discutida a aplicação passo a passo desta abordagem a um exemplo.

GROA: um gerenciador de repositórios de objetos de aprendizagem

Um conceito recente, relacionado à tecnologia educacional, baseia-se na idéia de objetos de aprendizagem (OAs), entendidos como pequenos componentes que podem ser usados, reusados ou referenciados durante a aprendizagem suportada pela tecnologia. Paralelo a isto, várias organizações estão envolvidas num trabalho de desenvolvimento de padrões de metadados para estes objetos, a fim de facilitar a catalogação e recuperação dos mesmos. Desta forma, os OAs podem ser localizados mais facilmente e utilizados em diferentes contextos e plataformas e por diferentes pessoas. O que se propõe para atingir esta facilidade de uso dos OAs é que os objetos sejam armazenados em bases de dados que são também conhecidas como repositórios, que fornecem ao usuário vários benefícios em termos de recuperação de informações. Neste contexto, este trabalho apresenta o GROA - Gerenciador de Repositórios de Objetos de Aprendizagem, que disponibiliza recursos de criação de repositórios capazes de armazenamento, gerenciamento, indexação e estruturação de objetos de aprendizagem, e capazes de operar como serviços deWeb, na internet. Este sistema foi implementado no Zope, que utiliza um banco de dados orientado a objetos, integrado a um servidor web. O texto analisa o conceito de OA e o contextualiza em relação a questões como a educação a distância, ambientes de apoio ao ensino e reusabilidade de conteúdos. Também, detalha os padrões de metadados que permitem a inserção dos OAs como componentes da Web Semântica. Em particular, apresenta-se o mecanismo de mapas de tópicos utilizado para estruturar os repositórios de OAs gerenciados pelo GROA. Finalmente, o texto discorre sobre os detalhes da implementação do GROA.

Uma tradução de gramáticas de hipergrafos baseadas em objetos para cálculo-π

O aumento da escala e funcionalidade dos sistemas de computação e sua crescente complexidade envolvem um aumento significante de custos e exigem recursos humanos altamente qualificados para o desenvolvimento de software. Integrando-se o uso de métodos formais ao desenvolvimento de sistemas complexos, permite-se realizar análises e verificações destes sistemas, garantindo assim sua correção. Existem diversos formalismos que permitem descrever sistemas, cada qual com diferentes níveis de abstração. Quando consideramos sistemas complexos, surge a necessidade de um modelo que forneça construções abstratas que facilitem o entendimento e a especificação destes sistemas. Um modelo baseado em objetos fornece um nível de abstração que tem sido muito aplicado na prática, onde os dados e os processos que os manipulam são descritos juntos em um objeto. Gramática de Grafos Baseada em Objetos (GGBO) é um modelo baseado em objetos, que além de ser uma linguagem visual, apresenta a vantagem de as especificações adquirirem um estilo baseado em objetos, que é bastante familiar à maioria dos desenvolvedores. Porém, as GGBOs não possuem ainda ferramentas para verificação automática de propriedades desejadas nos sistemas modelados. Uma alternativa para resolver isso é definir uma tradução (que preserve a semântica) desta linguagem para outra, para a qual existam verificadores automáticos. Um formalismo bastante conhecido e estabelecido para descrição de sistemas concorrentes, para o qual existem verificadores automáticos, é o cálculo-π. Porém, sob o aspecto de especificação de sistemas complexos, GGBOs parecem ser mais adequadas como linguagem de especificação que o cálculo-π, pois são visuais, mais intuitivas e possuem um estilo baseado em objetos. Neste trabalho foi definido um formalismo (baseado nas GGBOs), denominado Gramática de Hipergrafos Baseada em Objetos e uma tradução deste formalismo para o cálculo-π, aliando assim as vantagens desses dois métodos. Além disso, para validar a tradução definida, foram feitas provas de que a semântica das gramáticas de hipergrafos baseadas em objetos é preservada na tradução.

FrameworkDoc : ferramenta de documentação e geração de artefatos de software

Atualmente, um dos grandes desafios para qualquer desenvolvedor de software é projetar um sistema que reutilize ao máximo elementos de código e de projeto existentes, visando diminuir o tempo e o esforço exigidos na produção do software. Entre as inúmeras formas de possibilitar reuso no contexto do desenvolvimento segundo o paradigma da orientação a objetos, destaca-se a abordagem de frameworks. A grande importância da documentação de software utilizada no processo de desenvolvimento aliada às características de frameworks serviram como motivação para este trabalho. A documentação dentro do processo de desenvolvimento de software não faz parte de uma fase definida, mas ocorre durante toda sua existência, em paralelo com outras fases do ciclo de vida. A abordagem de frameworks dentro deste contexto enfoca o tratamento de templates e definições das características dos artefatos de software (incluindo não somente código mas também produtos de análise, projeto, frameworks, componentes, diagramas, entre outros), facilitando e acelerando o processo de documentação. Um framework, devido a suas características peculiares que serão examinadas e explicitadas no trabalho, contém uma série de informações que podem, além de apoiar a documentação, ser úteis para produção de outros artefatos (por exemplo, planejamentos de teste, scripts de bancos de dados, padrões de codificação, entre outros) do processo de desenvolvimento. Assim, em um processo de desenvolvimento evolutivo, que utiliza a geração de artefatos como recurso, a manutenção pode ser integralmente realizada somente na especificação e não diluída nos artefatos gerados. O objetivo deste trabalho é investigar, propor e desenvolver uma ferramenta de documentação e geração de artefatos de software, denominado FrameworkDoc. O termo documentação de software aqui utilizado se refere a documentação de desenvolvimento de software, incluindo artefatos, arquiteturas, ferramentas entre outros. Serão abordados dois principais aspectos: primeiramente, a geração automática de documentação dentro do processo de desenvolvimento de software e depois a geração de outros artefatos deste processo, a partir das definições de alto nível disponíveis através do framework. Exemplos de aplicações do FrameworkDoc em projetos reais são apresentados. No entanto, os documentos e artefatos de software considerados foram definidos de forma suficientemente genérica para serem aproveitados em outros contextos.

Primitivas para suporte à distribuição de objetos direcionados à pervasive computing

Renovados são os desa os trazidos à computação distribuída pelos recentes desenvolvimentos nas tecnologias de computação móvel. Tais avanços inspiram uma perspectiva na qual a computação tornar-se-á uma entidade ubíqua em um futuro próximo, estando presente nas mais simples atividades do dia-a-dia. Esta perspectiva é motivadora das pesquisas conduzidas no escopo do projeto ISAM, as quais investigam as questões relativas ao uso da computação em ambientes móveis de larga escala. Neste trabalho é apresentado o sistema PRIMOS (PRIMitives for Object Scheduling), o qual busca, pela complementação da plataforma Java, satisfazer as emergentes necessidades do ISAM. Especi camente, o PRIMOS constitui um conjunto de primitivas para instanciação remota e migração de objetos, comunicação e monitoração, direcionadas a um ambiente de computação distribuída de larga escala de características pervasivas. A primitiva de instanciação remota disponibilizada pelo PRIMOS aumenta a plataforma Java padrão com a possibilidade de criar e ativar objetos em nodos remotos do sistema. Por sua vez, a primitiva de migração faculta a relocação de objetos. A consecu- ção de tais semânticas tem como sub-produto a de nição de semânticas para ativação e desativação de objetos, assim como para captura e restauração de contexto de execução. Sob a perspectiva da comunicação, o PRIMOS de ne um esquema de endereçamento independente de protocolo de transporte, assim como uma interface neutra para acesso às facilidades de comunicação. A integração destas funcionalidades ao mecanismo de invocações remotas da plataforma Java, o RMI, permite a desvinculação deste da pilha TCP/IP. Por conseguinte, habilita a adoção de transportes otimizados ao hardware de comunicação disponibilizado pelo sistema. No que se refere à monitoração, o PRIMOS de ne um esquema exível e extensível baseado em sensores. A exibilidade vem principalmente da possibilidade dos sensores terem seus parâmetros de operação recon gurados a qualquer momento em resposta a novas necessidades do sistema. Por outro lado, o sistema é extensível pois o conjunto de sensores básicos, ditos nativos, pode ser aumentado por sensores providos pela aplicação. Com intuito de validar as idéias postuladas, um protótipo foi construído para o sistema. Sobre este, baterias de testes foram realizadas para cada uma das primitivas constituintes do PRIMOS.