3-D reconstruction of the human skeleton during motion

L’analisi del movimento umano ha come obiettivo la descrizione del movimento assoluto e relativo dei segmenti ossei del soggetto e, ove richiesto, dei relativi tessuti molli durante l’esecuzione di esercizi fisici. La bioingegneria mette a disposizione dell’analisi del movimento gli strumenti ed i metodi necessari per una valutazione quantitativa di efficacia, funzione e/o qualità del movimento umano, consentendo al clinico l’analisi di aspetti non individuabili con gli esami tradizionali. Tali valutazioni possono essere di ausilio all’analisi clinica di pazienti e, specialmente con riferimento a problemi ortopedici, richiedono una elevata accuratezza e precisione perché il loro uso sia valido. Il miglioramento della affidabilità dell’analisi del movimento ha quindi un impatto positivo sia sulla metodologia utilizzata, sia sulle ricadute cliniche della stessa. Per perseguire gli obiettivi scientifici descritti, è necessario effettuare una stima precisa ed accurata della posizione e orientamento nello spazio dei segmenti ossei in esame durante l’esecuzione di un qualsiasi atto motorio. Tale descrizione può essere ottenuta mediante la definizione di un modello della porzione del corpo sotto analisi e la misura di due tipi di informazione: una relativa al movimento ed una alla morfologia. L’obiettivo è quindi stimare il vettore posizione e la matrice di orientamento necessari a descrivere la collocazione nello spazio virtuale 3D di un osso utilizzando le posizioni di punti, definiti sulla superficie cutanea ottenute attraverso la stereofotogrammetria. Le traiettorie dei marker, così ottenute, vengono utilizzate per la ricostruzione della posizione e dell’orientamento istantaneo di un sistema di assi solidale con il segmento sotto esame (sistema tecnico) (Cappozzo et al. 2005). Tali traiettorie e conseguentemente i sistemi tecnici, sono affetti da due tipi di errore, uno associato allo strumento di misura e l’altro associato alla presenza di tessuti molli interposti tra osso e cute. La propagazione di quest’ultimo ai risultati finali è molto più distruttiva rispetto a quella dell’errore strumentale che è facilmente minimizzabile attraverso semplici tecniche di filtraggio (Chiari et al. 2005). In letteratura è stato evidenziato che l’errore dovuto alla deformabilità dei tessuti molli durante l’analisi del movimento umano provoca inaccuratezze tali da mettere a rischio l’utilizzabilità dei risultati. A tal proposito Andriacchi scrive: “attualmente, uno dei fattori critici che rallentano il progresso negli studi del movimento umano è la misura del movimento scheletrico partendo dai marcatori posti sulla cute” (Andriacchi et al. 2000). Relativamente alla morfologia, essa può essere acquisita, ad esempio, attraverso l’utilizzazione di tecniche per bioimmagini. Queste vengono fornite con riferimento a sistemi di assi locali in generale diversi dai sistemi tecnici. Per integrare i dati relativi al movimento con i dati morfologici occorre determinare l’operatore che consente la trasformazione tra questi due sistemi di assi (matrice di registrazione) e di conseguenza è fondamentale l’individuazione di particolari terne di riferimento, dette terne anatomiche. L’identificazione di queste terne richiede la localizzazione sul segmento osseo di particolari punti notevoli, detti repere anatomici, rispetto ad un sistema di riferimento solidale con l’osso sotto esame. Tale operazione prende il nome di calibrazione anatomica. Nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento viene implementata una calibrazione anatomica a “bassa risoluzione” che prevede la descrizione della morfologia dell’osso a partire dall’informazione relativa alla posizione di alcuni repere corrispondenti a prominenze ossee individuabili tramite palpazione. Attraverso la stereofotogrammetria è quindi possibile registrare la posizione di questi repere rispetto ad un sistema tecnico. Un diverso approccio di calibrazione anatomica può essere realizzato avvalendosi delle tecniche ad “alta risoluzione”, ovvero attraverso l’uso di bioimmagini. In questo caso è necessario disporre di una rappresentazione digitale dell’osso in un sistema di riferimento morfologico e localizzare i repere d’interesse attraverso palpazione in ambiente virtuale (Benedetti et al. 1994 ; Van Sint Jan et al. 2002; Van Sint Jan et al. 2003). Un simile approccio è difficilmente applicabile nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento, in quanto normalmente non si dispone della strumentazione necessaria per ottenere le bioimmagini; inoltre è noto che tale strumentazione in alcuni casi può essere invasiva. Per entrambe le calibrazioni anatomiche rimane da tenere in considerazione che, generalmente, i repere anatomici sono dei punti definiti arbitrariamente all’interno di un’area più vasta e irregolare che i manuali di anatomia definiscono essere il repere anatomico. L’identificazione dei repere attraverso una loro descrizione verbale è quindi povera in precisione e la difficoltà nella loro identificazione tramite palpazione manuale, a causa della presenza dei tessuti molli interposti, genera errori sia in precisione che in accuratezza. Tali errori si propagano alla stima della cinematica e della dinamica articolare (Ramakrishnan et al. 1991; Della Croce et al. 1999). Della Croce (Della Croce et al. 1999) ha inoltre evidenziato che gli errori che influenzano la collocazione nello spazio delle terne anatomiche non dipendono soltanto dalla precisione con cui vengono identificati i repere anatomici, ma anche dalle regole che si utilizzano per definire le terne. E’ infine necessario evidenziare che la palpazione manuale richiede tempo e può essere effettuata esclusivamente da personale altamente specializzato, risultando quindi molto onerosa (Simon 2004). La presente tesi prende lo spunto dai problemi sopra elencati e ha come obiettivo quello di migliorare la qualità delle informazioni necessarie alla ricostruzione della cinematica 3D dei segmenti ossei in esame affrontando i problemi posti dall’artefatto di tessuto molle e le limitazioni intrinseche nelle attuali procedure di calibrazione anatomica. I problemi sono stati affrontati sia mediante procedure di elaborazione dei dati, sia apportando modifiche ai protocolli sperimentali che consentano di conseguire tale obiettivo. Per quanto riguarda l’artefatto da tessuto molle, si è affrontato l’obiettivo di sviluppare un metodo di stima che fosse specifico per il soggetto e per l’atto motorio in esame e, conseguentemente, di elaborare un metodo che ne consentisse la minimizzazione. Il metodo di stima è non invasivo, non impone restrizione al movimento dei tessuti molli, utilizza la sola misura stereofotogrammetrica ed è basato sul principio della media correlata. Le prestazioni del metodo sono state valutate su dati ottenuti mediante una misura 3D stereofotogrammetrica e fluoroscopica sincrona (Stagni et al. 2005), (Stagni et al. 2005). La coerenza dei risultati raggiunti attraverso i due differenti metodi permette di considerare ragionevoli le stime dell’artefatto ottenute con il nuovo metodo. Tale metodo fornisce informazioni sull’artefatto di pelle in differenti porzioni della coscia del soggetto e durante diversi compiti motori, può quindi essere utilizzato come base per un piazzamento ottimo dei marcatori. Lo si è quindi utilizzato come punto di partenza per elaborare un metodo di compensazione dell’errore dovuto all’artefatto di pelle che lo modella come combinazione lineare degli angoli articolari di anca e ginocchio. Il metodo di compensazione è stato validato attraverso una procedura di simulazione sviluppata ad-hoc. Relativamente alla calibrazione anatomica si è ritenuto prioritario affrontare il problema associato all’identificazione dei repere anatomici perseguendo i seguenti obiettivi: 1. migliorare la precisione nell’identificazione dei repere e, di conseguenza, la ripetibilità dell’identificazione delle terne anatomiche e della cinematica articolare, 2. diminuire il tempo richiesto, 3. permettere che la procedura di identificazione possa essere eseguita anche da personale non specializzato. Il perseguimento di tali obiettivi ha portato alla implementazione dei seguenti metodi: • Inizialmente è stata sviluppata una procedura di palpazione virtuale automatica. Dato un osso digitale, la procedura identifica automaticamente i punti di repere più significativi, nella maniera più precisa possibile e senza l'ausilio di un operatore esperto, sulla base delle informazioni ricavabili da un osso digitale di riferimento (template), preliminarmente palpato manualmente. • E’ stato poi condotto uno studio volto ad indagare i fattori metodologici che influenzano le prestazioni del metodo funzionale nell’individuazione del centro articolare d’anca, come prerequisito fondamentale per migliorare la procedura di calibrazione anatomica. A tale scopo sono stati confrontati diversi algoritmi, diversi cluster di marcatori ed è stata valutata la prestazione del metodo in presenza di compensazione dell’artefatto di pelle. • E’stato infine proposto un metodo alternativo di calibrazione anatomica basato sull’individuazione di un insieme di punti non etichettati, giacenti sulla superficie dell’osso e ricostruiti rispetto ad un TF (UP-CAST). A partire dalla posizione di questi punti, misurati su pelvi coscia e gamba, la morfologia del relativo segmento osseo è stata stimata senza identificare i repere, bensì effettuando un’operazione di matching dei punti misurati con un modello digitale dell’osso in esame. La procedura di individuazione dei punti è stata eseguita da personale non specializzato nell’individuazione dei repere anatomici. Ai soggetti in esame è stato richiesto di effettuare dei cicli di cammino in modo tale da poter indagare gli effetti della nuova procedura di calibrazione anatomica sulla determinazione della cinematica articolare. I risultati ottenuti hanno mostrato, per quel che riguarda la identificazione dei repere, che il metodo proposto migliora sia la precisione inter- che intraoperatore, rispetto alla palpazione convenzionale (Della Croce et al. 1999). E’ stato inoltre riscontrato un notevole miglioramento, rispetto ad altri protocolli (Charlton et al. 2004; Schwartz et al. 2004), nella ripetibilità della cinematica 3D di anca e ginocchio. Bisogna inoltre evidenziare che il protocollo è stato applicato da operatori non specializzati nell’identificazione dei repere anatomici. Grazie a questo miglioramento, la presenza di diversi operatori nel laboratorio non genera una riduzione di ripetibilità. Infine, il tempo richiesto per la procedura è drasticamente diminuito. Per una analisi che include la pelvi e i due arti inferiori, ad esempio, l’identificazione dei 16 repere caratteristici usando la calibrazione convenzionale richiede circa 15 minuti, mentre col nuovo metodo tra i 5 e i 10 minuti.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Reconstruction from image correspondences

A single picture provides a largely incomplete representation of the scene one is looking at. Usually it reproduces only a limited spatial portion of the scene according to the standpoint and the viewing angle, besides it contains only instantaneous information. Thus very little can be understood on the geometrical structure of the scene, the position and orientation of the observer with respect to it remaining also hard to guess. When multiple views, taken from different positions in space and time, observe the same scene, then a much deeper knowledge is potentially achievable. Understanding inter-views relations enables construction of a collective representation by fusing the information contained in every single image. Visual reconstruction methods confront with the formidable, and still unanswered, challenge of delivering a comprehensive representation of structure, motion and appearance of a scene from visual information. Multi-view visual reconstruction deals with the inference of relations among multiple views and the exploitation of revealed connections to attain the best possible representation. This thesis investigates novel methods and applications in the field of visual reconstruction from multiple views. Three main threads of research have been pursued: dense geometric reconstruction, camera pose reconstruction, sparse geometric reconstruction of deformable surfaces. Dense geometric reconstruction aims at delivering the appearance of a scene at every single point. The construction of a large panoramic image from a set of traditional pictures has been extensively studied in the context of image mosaicing techniques. An original algorithm for sequential registration suitable for real-time applications has been conceived. The integration of the algorithm into a visual surveillance system has lead to robust and efficient motion detection with Pan-Tilt-Zoom cameras. Moreover, an evaluation methodology for quantitatively assessing and comparing image mosaicing algorithms has been devised and made available to the community. Camera pose reconstruction deals with the recovery of the camera trajectory across an image sequence. A novel mosaic-based pose reconstruction algorithm has been conceived that exploit image-mosaics and traditional pose estimation algorithms to deliver more accurate estimates. An innovative markerless vision-based human-machine interface has also been proposed, so as to allow a user to interact with a gaming applications by moving a hand held consumer grade camera in unstructured environments. Finally, sparse geometric reconstruction refers to the computation of the coarse geometry of an object at few preset points. In this thesis, an innovative shape reconstruction algorithm for deformable objects has been designed. A cooperation with the Solar Impulse project allowed to deploy the algorithm in a very challenging real-world scenario, i.e. the accurate measurements of airplane wings deformations.

La costruzione razionale della casa. Scritti e progetti di Giuseppe Pagano

The rational construction of the house. The writings and projects of Giuseppe Pagano Description, themes and research objectives The research aims at analysing the architecture of Giuseppe Pagano, which focuses on the theme of dwelling, through the reading of 3 of his house projects. On the one hand, these projects represent “minor” works not thoroughly known by Pagano’s contemporary critics; on the other they emphasise a particular methodological approach, which serves the author to explore a theme closely linked to his theoretical thought. The house project is a key to Pagano’s research, given its ties to the socio-cultural and political conditions in which the architect was working, so that it becomes a mirror of one of his specific and theoretical path, always in a state of becoming. Pagano understands architecture as a “servant of the human being”, subject to a “utilitarian slavery” since it is a clear, essential and “modest” answer to specific human needs, free from aprioristic aesthetic and formal choices. It is a rational architecture in sensu stricto; it constitutes a perfect synthesis between cause and effect and between function and form. The house needs to accommodate these principles because it is closely intertwined with human needs and intimately linked to a specific place, climatic conditions and technical and economical possibilities. Besides, differently from his public and common masterpieces such as the Palazzo Gualino, the Istituto di Fisica and the Università Commerciale Bocconi, the house projects are representative of a precise project will, which is expressed in a more authentic way, partially freed from political influences and dogmatic preoccupations and, therefore, far from the attempt to research a specific expressive language. I believe that the house project better represents that “ingenuity”, freshness and “sincerity” that Pagano identifies with the minor architecture, thereby revealing a more authentic expression of his understanding of a project. Therefore, the thesis, by tracing the theoretical research of Pagano through the analysis of some of his designed and built works, attempts to identify a specific methodological approach to Pagano’s project, which, developed through time, achieves a certain clarity in the 1930s. In fact, this methodological approach becomes more evident in his last projects, mainly regarding the house and the urban space. These reflect the attempt to respond to the new social needs and, at the same time, they also are an expression of a freer idea of built architecture, closely linked with the place and with the human being who dwells it. The three chosen projects (Villa Colli, La Casa a struttura d’acciaio and Villa Caraccio) make Pagano facing different places, different customers and different economic and technical conditions, which, given the author’s biography, correspond to important historical and political conditions. This is the reason why the projects become apparently distant works, both linguistically and conceptually, to the point that one can define them as ”eclectic”. However, I argue that this eclecticism is actually an added value to the architectural work of Pagano, steaming from the use of a method which, having as a basis the postulate of a rational architecture as essence and logic of building, finds specific variations depending on the multiple variables to be addressed by the project. This is the methodological heritage that Pagano learns from the tradition, especially that of the rural residential architecture, defined by Pagano as a “dictionary of the building logic of man”, as an “a-stylistic background”. For Pagano this traditional architecture is a clear expression of the relationships between a theme and its development, an architectural “fact” that is resolved with purely technical and utilitarian aims and with a spontaneous development far from any aprioristic theoretical principle. Architecture, therefore, cannot be an invention for Pagano and the personal contribution of each architect has to consider his/her close relationship with the specific historical context, place and new building methods. These are basic principles in the methodological approach that drives a great deal of his research and that also permits his thought to be modern. I argue that both ongoing and new collaborations with younger protagonists of the culture and architecture of the period are significant for the development of his methodology. These encounters represent the will to spread his own understanding of the “new architecture” as well as a way of self-renewal by confronting the self with new themes and realities and by learning from his collaborators. Thesis’ outline The thesis is divided in two principal parts, each articulated in four chapters attempting to offer a new reading of the theory and work of Pagano by emphasising the central themes of the research. The first chapter is an introduction to the thesis and to the theme of the rational house, as understood and developed in its typological and technical aspects by Pagano and by other protagonists of the Italian rationalism of the 1930s. Here the attention is on two different aspects defining, according to Pagano, the house project: on the one hand, the typological renewal, aimed at defining a “standard form” as a clear and essential answer to certain needs and variables of the project leading to different formal expressions. On the other, it focuses on the building, understood as a technique to “produce” architecture, where new technologies and new materials are not merely tools but also essential elements of the architectural work. In this way the villa becomes different from the theme of the common house or from that of the minimalist house, by using rules in the choice of material and in the techniques that are every time different depending on the theme under exploration and on the contingency of place. It is also visible the rigorous rationalism that distinguishes the author's appropriation of certain themes of rural architecture. The pages of “Casabella” and the events of the contemporary Triennali form the preliminary material for the writing of this chapter given that they are primary sources to individuate projects and writings produced by Pagano and contemporary architects on this theme. These writings and projects, when compared, reconstruct the evolution of the idea of the rational house and, specifically, of the personal research of Pagano. The second part regards the reading of three of Pagano’s projects of houses as a built verification of his theories. This section constitutes the central part of the thesis since it is aimed at detecting a specific methodological approach showing a theoretical and ideological evolution expressed in the vast edited literature. The three projects that have been chosen explore the theme of the house, looking at various research themes that the author proposes and that find continuity in the affirmation of a specific rationalism, focussed on concepts such as essentiality, utility, functionality and building honesty. These concepts guide the thought and the activities of Pagano, also reflecting a social and cultural period. The projects span from the theme of the villa moderna, Villa Colli, which, inspired by the architecture of North Europe, anticipates a specific rationalism of Pagano based on rigour, simplicity and essentiality, to the theme of the common house, Casa a struttura d’acciaio, la casa del domani, which ponders on the definition of new living spaces and, moreover, on new concepts of standardisation, economical efficiency and new materials responding to the changing needs of the modern society. Finally, the third project returns to the theme of the, Villa Caraccio, revisiting it with new perspectives. These perspectives find in the solution of the open plant, in the openness to nature and landscape and in the revisiting of materials and local building systems that idea of the freed house, which express clearly a new theoretical thought. Methodology It needs to be noted that due to the lack of an official Archive of Pagano’s work, the analysis of his work has been difficult and this explains the necessity to read the articles and the drawings published in the pages of «Casabella» and «Domus». As for the projects of Villa Colli and Casa a struttura d’acciaio, parts of the original drawings have been consulted. These drawings are not published and are kept in private archives of the collaborators of Pagano. The consultation of these documents has permitted the analysis of the cited works, which have been subject to a more complete reading following the different proposed solutions, which have permitted to understand the project path. The projects are analysed thought the method of comparison and critical reading which, specifically, means graphical elaborations and analytical schemes, mostly reconstructed on the basis of original projects but, where possible, also on a photographic investigation. The focus is on the project theme which, beginning with a specific living (dwelling) typology, finds variations because of the historico-political context in which Pagano is embedded and which partially shapes his research and theoretical thought, then translated in the built work. The analysis of the work follows, beginning, where possible, from a reconstruction of the evolution of the project as elaborated on the basis of the original documents and ending on an analysis of the constructive principles and composition. This second phase employs a methodology proposed by Pagano in his article Piante di ville, which, as expected, focuses on the plant as essential tool to identify the “true practical and poetic qualities of the construction”(Pagano, «Costruzioni-Casabella», 1940, p. 2). The reading of the project is integrated with the constructive analyses related to the technical aspects of the house which, in the case of Casa a struttura d’acciaio, play an important role in the project, while in Villa Colli and in Villa Caraccio are principally linked to the choice of materials for the construction of the different architectural elements. These are nonetheless key factors in the composition of the work. Future work could extend this reading to other house projects to deepen the research that could be completed with the consultation of Archival materials, which are missing at present. Finally, in the appendix I present a critical selection of the Pagano’s writings, which recall the themes discussed and embodied by the three projects. The texts have been selected among the articles published in Casabella and in other journals, completing the reading of the project work which cannot be detached from his theoretical thought. Moving from theory to project, we follow a path that brings us to define and deepen the central theme of the thesis: rational building as the principal feature of the architectural research of Pagano, which is paraphrased in multiple ways in his designed and built works.

Max Bill in Italia . Lo spazio logico dell'architettura

I Max Bill is an intense giornata of a big fresco. An analysis of the main social, artistic and cultural events throughout the twentieth century is needed in order to trace his career through his masterpieces and architectures. Some of the faces of this hypothetical mural painting are, among others, Le Corbusier, Walter Gropius, Ernesto Nathan Rogers, Kandinskij, Klee, Mondrian, Vatongerloo, Ignazio Silone, while the backcloth is given by artistic avant-gardes, Bauhaus, International Exhibitions, CIAM, war events, reconstruction, Milan Triennali, Venice Biennali, the School of Ulm. Architect, even though more known as painter, sculptor, designer and graphic artist, Max Bill attends the Bauhaus as a student in the years 1927-1929, and from this experience derives the main features of a rational, objective, constructive and non figurative art. His research is devoted to give his art a scientific methodology: each work proceeds from the analysis of a problem to the logical and always verifiable solution of the same problem. By means of composition elements (such as rhythm, seriality, theme and its variation, harmony and dissonance), he faces, with consistent results, themes apparently very distant from each other as the project for the H.f.G. or the design for a font. Mathematics are a constant reference frame as field of certainties, order, objectivity: ‘for Bill mathematics are never confined to a simple function: they represent a climate of spiritual certainties, and also the theme of non attempted in its purest state, objectivity of the sign and of the geometrical place, and at the same time restlessness of the infinity: Limited and Unlimited ’. In almost sixty years of activity, experiencing all artistic fields, Max Bill works, projects, designs, holds conferences and exhibitions in Europe, Asia and Americas, confronting himself with the most influencing personalities of the twentieth century. In such a vast scenery, the need to limit the investigation field combined with the necessity to address and analyse the unpublished and original aspect of Bill’s relations with Italy. The original contribution of the present research regards this particular ‘geographic delimitation’; in particular, beyond the deep cultural exchanges between Bill and a series of Milanese architects, most of all with Rogers, two main projects have been addressed: the realtà nuova at Milan Triennale in 1947, and the Contemporary Art Museum in Florence in 1980. It is important to note that these projects have not been previously investigated, and the former never appears in the sources either. These works, together with the most well-known ones, such as the projects for the VI and IX Triennale, and the Swiss pavilion for the Biennale, add important details to the reference frame of the relations which took place between Zurich and Milan. Most of the occasions for exchanges took part in between the Thirties and the Fifties, years during which Bill underwent a significant period of artistic growth. He meets the Swiss progressive architects and the Paris artists from the Abstraction-Création movement, enters the CIAM, collaborates with Le Corbusier to the third volume of his Complete Works, and in Milan he works and gets confronted with the events related to post-war reconstruction. In these years Bill defines his own working methodology, attaining an artistic maturity in his work. The present research investigates the mentioned time period, despite some necessary exceptions. II The official Max Bill bibliography is naturally wide, including spreading works along with ones more devoted to analytical investigation, mainly written in German and often translated into French and English (Max Bill himself published his works in three languages). Few works have been published in Italian and, excluding the catalogue of the Parma exhibition from 1977, they cannot be considered comprehensive. Many publications are exhibition catalogues, some of which include essays written by Max Bill himself, some others bring Bill’s comments in a educational-pedagogical approach, to accompany the observer towards a full understanding of the composition processes of his art works. Bill also left a great amount of theoretical speculations to encourage a critical reading of his works in the form of books edited or written by him, and essays published in ‘Werk’, magazine of the Swiss Werkbund, and other international reviews, among which Domus and Casabella. These three reviews have been important tools of analysis, since they include tracks of some of Max Bill’s architectural works. The architectural aspect is less investigated than the plastic and pictorial ones in all the main reference manuals on the subject: Benevolo, Tafuri and Dal Co, Frampton, Allenspach consider Max Bill as an artist proceeding in his work from Bauhaus in the Ulm experience . A first filing of his works was published in 2004 in the monographic issue of the Spanish magazine 2G, together with critical essays by Karin Gimmi, Stanislaus von Moos, Arthur Rüegg and Hans Frei, and in ‘Konkrete Architektur?’, again by Hans Frei. Moreover, the monographic essay on the Atelier Haus building by Arthur Rüegg from 1997, and the DPA 17 issue of the Catalonia Polytechnic with contributions of Carlos Martì, Bruno Reichlin and Ton Salvadò, the latter publication concentrating on a few Bill’s themes and architectures. An urge to studying and going in depth in Max Bill’s works was marked in 2008 by the centenary of his birth and by a recent rediscovery of Bill as initiator of the ‘minimalist’ tradition in Swiss architecture. Bill’s heirs are both very active in promoting exhibitions, researching and publishing. Jakob Bill, Max Bill’s son and painter himself, recently published a work on Bill’s experience in Bauhaus, and earlier on he had published an in-depth study on ‘Endless Ribbons’ sculptures. Angela Thomas Schmid, Bill’s wife and art historian, published in end 2008 the first volume of a biography on Max Bill and, together with the film maker Eric Schmid, produced a documentary film which was also presented at the last Locarno Film Festival. Both biography and documentary concentrate on Max Bill’s political involvement, from antifascism and 1968 protest movements to Bill experiences as Zurich Municipality councilman and member of the Swiss Confederation Parliament. In the present research, the bibliography includes also direct sources, such as interviews and original materials in the form of letters correspondence and graphic works together with related essays, kept in the max+binia+jakob bill stiftung archive in Zurich. III The results of the present research are organized into four main chapters, each of them subdivided into four parts. The first chapter concentrates on the research field, reasons, tools and methodologies employed, whereas the second one consists of a short biographical note organized by topics, introducing the subject of the research. The third chapter, which includes unpublished events, traces the historical and cultural frame with particular reference to the relations between Max Bill and the Italian scene, especially Milan and the architects Rogers and Baldessari around the Fifties, searching the themes and the keys for interpretation of Bill’s architectures and investigating the critical debate on the reviews and the plastic survey through sculpture. The fourth and last chapter examines four main architectures chosen on a geographical basis, all devoted to exhibition spaces, investigating Max Bill’s composition process related to the pictorial field. Paintings has surely been easier and faster to investigate and verify than the building field. A doctoral thesis discussed in Lausanne in 1977 investigating Max Bill’s plastic and pictorial works, provided a series of devices which were corrected and adapted for the definition of the interpretation grid for the composition structures of Bill’s main architectures. Four different tools are employed in the investigation of each work: a context analysis related to chapter three results; a specific theoretical essay by Max Bill briefly explaining his main theses, even though not directly linked to the very same work of art considered; the interpretation grid for the composition themes derived from a related pictorial work; the architecture drawing and digital three-dimensional model. The double analysis of the architectural and pictorial fields is functional to underlining the relation among the different elements of the composition process; the two fields, however, cannot be compared and they stay, in Max Bill’s works as in the present research, interdependent though self-sufficient. IV An important aspect of Max Bill production is self-referentiality: talking of Max Bill, also through Max Bill, as a need for coherence instead of a method limitation. Ernesto Nathan Rogers describes Bill as the last humanist, and his horizon is the known world but, as the ‘Concrete Art’ of which he is one of the main representatives, his production justifies itself: Max Bill not only found a method, but he autonomously re-wrote the ‘rules of the game’, derived timeless theoretical principles and verified them through a rich and interdisciplinary artistic production. The most recurrent words in the present research work are synthesis, unity, space and logic. These terms are part of Max Bill’s vocabulary and can be referred to his works. Similarly, graphic settings or analytical schemes in this research text referring to or commenting Bill’s architectural projects were drawn up keeping in mind the concise precision of his architectural design. As for Mies van der Rohe, it has been written that Max Bill took art to ‘zero degree’ reaching in this way a high complexity. His works are a synthesis of art: they conceptually encompass all previous and –considered their developments- most of contemporary pictures. Contents and message are generally explicitly declared in the title or in Bill’s essays on his artistic works and architectural projects: the beneficiary is invited to go through and re-build the process of synthesis generating the shape. In the course of the interview with the Milan artist Getulio Alviani, he tells how he would not write more than a page for an essay on Josef Albers: everything was already evident ‘on the surface’ and any additional sentence would be redundant. Two years after that interview, these pages attempt to decompose and single out the elements and processes connected with some of Max Bill’s works which, for their own origin, already contain all possible explanations and interpretations. The formal reduction in favour of contents maximization is, perhaps, Max Bill’s main lesson.

Reconstruction of CNGS neutrino events in the emulsions of the OPERA experiment

The OPERA experiment aims at the direct observation of ν_mu -> ν_tau oscillations in the CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso) neutrino beam produced at CERN; since the ν_e contamination in the CNGS beam is low, OPERA will also be able to study the sub-dominant oscillation channel ν_mu -> ν_e. OPERA is a large scale hybrid apparatus divided in two supermodules, each equipped with electronic detectors, an iron spectrometer and a highly segmented ~0.7 kton target section made of Emulsion Cloud Chamber (ECC) units. During my research work in the Bologna Lab. I have taken part to the set-up of the automatic scanning microscopes studying and tuning the scanning system performances and efficiencies with emulsions exposed to a test beam at CERN in 2007. Once the triggered bricks were distributed to the collaboration laboratories, my work was centered on the procedure used for the localization and the reconstruction of neutrino events.

Reconstruction and analysis of the NF-kB pathway interactome: a systems biology approach

Background. One of the phenomena observed in human aging is the progressive increase of a systemic inflammatory state, a condition referred to as “inflammaging”, negatively correlated with longevity. A prominent mediator of inflammation is the transcription factor NF-kB, that acts as key transcriptional regulator of many genes coding for pro-inflammatory cytokines. Many different signaling pathways activated by very diverse stimuli converge on NF-kB, resulting in a regulatory network characterized by high complexity. NF-kB signaling has been proposed to be responsible of inflammaging. Scope of this analysis is to provide a wider, systemic picture of such intricate signaling and interaction network: the NF-kB pathway interactome. Methods. The study has been carried out following a workflow for gathering information from literature as well as from several pathway and protein interactions databases, and for integrating and analyzing existing data and the relative reconstructed representations by using the available computational tools. Strong manual intervention has been necessarily used to integrate data from multiple sources into mathematically analyzable networks. The reconstruction of the NF-kB interactome pursued with this approach provides a starting point for a general view of the architecture and for a deeper analysis and understanding of this complex regulatory system. Results. A “core” and a “wider” NF-kB pathway interactome, consisting of 140 and 3146 proteins respectively, were reconstructed and analyzed through a mathematical, graph-theoretical approach. Among other interesting features, the topological characterization of the interactomes shows that a relevant number of interacting proteins are in turn products of genes that are controlled and regulated in their expression exactly by NF-kB transcription factors. These “feedback loops”, not always well-known, deserve deeper investigation since they may have a role in tuning the response and the output consequent to NF-kB pathway initiation, in regulating the intensity of the response, or its homeostasis and balance in order to make the functioning of such critical system more robust and reliable. This integrated view allows to shed light on the functional structure and on some of the crucial nodes of thet NF-kB transcription factors interactome. Conclusion. Framing structure and dynamics of the NF-kB interactome into a wider, systemic picture would be a significant step toward a better understanding of how NF-kB globally regulates diverse gene programs and phenotypes. This study represents a step towards a more complete and integrated view of the NF-kB signaling system.

Reconstruction of Etna recent flank eruptions for assessing diversion barrier project

The thesis contributed to the volcanic hazard assessment through the reconstruction of some historical flank eruptions of Etna in order to obtain quantitative data (volumes, effusion rates, etc.) for characterizing the recent effusive activity, quantifying the impact on the territory and defining mitigation actions for reducing the volcanic risk as for example containment barriers. The reconstruction was based on a quantitative approach using data extracted from aerial photographs and topographic maps. The approach allows to obtain the temporal evolution of the lava flow field and estimating the Time Average Discharge Rate (TADR) by dividing the volume emplaced over a given time interval for the corresponding duration. The analysis concerned the 2001, 1981 and 1928 Etna eruptions. The choice of these events is linked to their impact on inhabited areas. The results of the analysis showed an extraordinarily high effusion rate for the 1981 and 1928 eruptions (over 600 m^3/s), unusual for Etna eruptions. For the 1981 Etna eruption an eruptive model was proposed to explain the high discharge rate. The obtained TADRs were used as input data for simulations of the propagation of the lava flows for evaluating different scenarios of volcanic hazard and analyse different mitigation actions against lava flow invasion. It was experienced how numerical simulations could be adopted for evaluating the effectiveness of barrier construction and for supporting their optimal design. In particular, the gabions were proposed as an improvement for the construction of barriers with respect to the earthen barriers. The gabion barriers allow to create easily modular structures reducing the handled volumes and the intervention time. For evaluating operational constrain an experimental test was carried out to test the filling of the gabions with volcanic rock and evaluating their deformation during transport and placement.

Electron identification and reconstruction with the OPERA ECC bricks and search for muon neutrino to electron neutrino oscillations

The procedure for event location in OPERA ECC has been optimazed for penetrating particles while is less efficient for electrons. For this reason new procedure has been defined in order to recover event with an electromagnetic shower in its final state not located with the standard one. The new procedure include the standard procedure during which several electromagnetic shower hint has been defined by means of the available data. In case the event is not located, the presence of an electromagnetic shower hint trigger a dedicated procedure. The old and new location procedure has been then simulated in order to obtain the standard location efficiency and the possible gain due to the new one for the events with electromagnetic shower. Finally a Data-MC comparison has been performed for the 2008 and 2009 runs for what concern the NC in order to validate the Monte Carlo. Then the expected electron neutrino interactions for the 2008 and 2009 runs has been evaluated and compared with the available data.

Towards a Reconstruction of Thermal Properties of Light Nuclei from Fusion - Evaporation reactions

This thesis work has been developed in the framework of a new experimental campaign, proposed by the NUCL-EX Collaboration (INFN III Group), in order to progress in the understanding of the statistical properties of light nuclei, at excitation energies above particle emission threshold, by measuring exclusive data from fusion-evaporation reactions. The determination of the nuclear level density in the A~20 region, the understanding of the statistical behavior of light nuclei with excitation energies ~3 A.MeV, and the measurement of observables linked to the presence of cluster structures of nuclear excited levels are the main physics goals of this work. On the theory side, the contribution to this project given by this work lies in the development of a dedicated Monte-Carlo Hauser-Feshbach code for the evaporation of the compound nucleus. The experimental part of this thesis has consisted in the participation to the measurement 12C+12C at 95 MeV beam energy, at Laboratori Nazionali di Legnaro - INFN, using the GARFIELD+Ring Counter(RCo) set-up, from the beam-time request to the data taking, data reduction, detector calibrations and data analysis. Different results of the data analysis are presented in this thesis, together with a theoretical study of the system, performed with the new statistical decay code. As a result of this work, constraints on the nuclear level density at high excitation energy for light systems ranging from C up to Mg are given. Moreover, pre-equilibrium effects, tentatively interpreted as alpha-clustering effects, are put in evidence, both in the entrance channel of the reaction and in the dissipative dynamics on the path towards thermalisation.

Spectrum reconstruction from a scattering measurement using the adjoint Boltzmann transport equation for photons

Quality control of medical radiological systems is of fundamental importance, and requires efficient methods for accurately determine the X-ray source spectrum. Straightforward measurements of X-ray spectra in standard operating require the limitation of the high photon flux, and therefore the measure has to be performed in a laboratory. However, the optimal quality control requires frequent in situ measurements which can be only performed using a portable system. To reduce the photon flux by 3 magnitude orders an indirect technique based on the scattering of the X-ray source beam by a solid target is used. The measured spectrum presents a lack of information because of transport and detection effects. The solution is then unfolded by solving the matrix equation that represents formally the scattering problem. However, the algebraic system is ill-conditioned and, therefore, it is not possible to obtain a satisfactory solution. Special strategies are necessary to circumvent the ill-conditioning. Numerous attempts have been done to solve this problem by using purely mathematical methods. In this thesis, a more physical point of view is adopted. The proposed method uses both the forward and the adjoint solutions of the Boltzmann transport equation to generate a better conditioned linear algebraic system. The procedure has been tested first on numerical experiments, giving excellent results. Then, the method has been verified with experimental measurements performed at the Operational Unit of Health Physics of the University of Bologna. The reconstructed spectra have been compared with the ones obtained with straightforward measurements, showing very good agreement.

Lo sviluppo dell'allevamento in Emilia-Romagna Aspetti economici e implicazioni sociali nella gestione della risorsa animale durante l’età del Bronzo

Il dibattito sullo sviluppo delle culture dell’età del Bronzo nel territorio dell’Emilia-Romagna sta portando una rinnovata attenzione sull’area romagnola. Le indagini si sono concentrate sull’area compresa tra il fiume Panaro e il Mare Adriatico, riconoscibile nell’odierna Romagna ed in parte della bassa pianura emiliana. Si trattava un territorio strategico, un vero e proprio crocevia socio-economico fra la cultura terramaricola e quelle centro italiche di Grotta Nuova. La presente ricerca di dottorato ha portato alla ricostruzione dei sistemi di gestione e di sfruttamento delle risorse animali in Emilia-Romagna durante l’Età del Bronzo, con particolare attenzione alla definizione della capacità portante ambientale dei diversi territori indagati e delle loro modalità di sfruttamento in relazione alla razionalizzazione della pratiche di allevamento. Sono state studiate in dettaglio le filiere di trasformazione dei prodotti animali primari e secondari definendo, quindi, i caratteri delle paleoeconomie locali nel processo di evoluzione della Romagna durante l’età del Bronzo. La ricerca si è basata sullo studio archeozoologico completo su 13 siti recentemente indagati, distribuiti nelle provincie di: Bologna, Ferrara, Ravenna, Forlì/Cesena e Rimini, e su una revisione completa delle evidenze archeozoologiche prodotte da studi pregressi. Le analisi non si sono limitate al riconoscimento delle specie, ma hanno teso all’individuazione ed alla valutazione di parametri complessi per ricostruire le strategie di abbattimento e le tecniche di sfruttamento e macellazione dei diversi gruppi animali. E’ stato possibile, quindi, valutare il peso ecologico di mandrie e greggi sul territorio e l’impatto economico ed ecologico di un allevamento sempre più sistematico e razionale, sia dal punto di vista dell’organizzazione territoriale degli insediamenti, sia per quanto riguarda le ripercussioni sulla gestione delle risorse agricole ed ambientali in generale.

Essays in structural heuristics

This dissertation introduces and develops a new method of rational reconstruction called structural heuristics. Structural heuristics takes assignment of structure to any given object of investigation as the starting point for its rational reconstruction. This means to look at any given object as a system of relations and of transformation laws for those relations. The operational content of this heuristics can be summarized as follows: when facing any given system the best way to approach it is to explicitly look for a possible structure of it. The utilization of structural heuristics allows structural awareness, which is considered a fundamental epistemic disposition, as well as a fundamental condition for the rational reconstruction of systems of knowledge. In this dissertation, structural heuristics is applied to reconstructing the domain of economic knowledge. This is done by exploring four distinct areas of economic research: (i) economic axiomatics; (ii) realism in economics; (iii) production theory; (iv) economic psychology. The application of structural heuristics to these fields of economic inquiry shows the flexibility and potential of structural heuristics as epistemic tool for theoretical exploration and reconstruction.

Estimation of Quasi-Rational DSGE Models

Small-scale dynamic stochastic general equilibrium have been treated as the benchmark of much of the monetary policy literature, given their ability to explain the impact of monetary policy on output, inflation and financial markets. One cause of the empirical failure of New Keynesian models is partially due to the Rational Expectations (RE) paradigm, which entails a tight structure on the dynamics of the system. Under this hypothesis, the agents are assumed to know the data genereting process. In this paper, we propose the econometric analysis of New Keynesian DSGE models under an alternative expectations generating paradigm, which can be regarded as an intermediate position between rational expectations and learning, nameley an adapted version of the "Quasi-Rational" Expectatations (QRE) hypothesis. Given the agents' statistical model, we build a pseudo-structural form from the baseline system of Euler equations, imposing that the length of the reduced form is the same as in the `best' statistical model.