B-R1ING MoCap: registrazione e riproduzione dei movimenti umani su avatar 3D in realtà aumentata

Già da qualche anno si è stati introdotti alla possibilità di vivere in un mondo virtuale; basta indossare un paio di visori di realtà aumentata, virtuale e mista che riproducono nell’ambiente circostante oggetti che fisicamente non esistono. Negli ultimi mesi, inoltre, questa possibilità sta diventando sempre più concreta con l’introduzione, da parte dei colossi dell’informatica, del concetto di "Metaverso": un universo parallelo completamente digitale dove sarà possibile svolgere ogni attività sociale. L’obiettivo di questa tesi è quello di contribuire in piccola parte a questo enorme progetto creando una modalità di interazione tra utenti virtuale ma che si basa su comportamenti del tutto reali. A questo proposito il titolo dell’elaborato è: \textit{“B-R1ING MoCap: registrazione e riproduzione dei movimenti umani su avatar 3D in realtà aumentata”}. Lo scopo del progetto è quello di permettere a una persona di registrare un video in cui c’è un soggetto in movimento, salvare i movimenti del soggetto in un pacchetto dati e infine riprodurlo su un \textit{avatar} 3D che viene fatto agire in realtà aumentata. Il tutto farà parte di un’applicazione “social network” che permette l’interazione tra utenti in questo modo. Un utente può quindi registrare i movimenti umani e inviarli ad un altro utente che può riprodurre il messaggio in realtà aumentata tramite il suo smartphone. Viene introdotto così un nuovo tipo di comunicazione digitale indiretta passando dalla comunicazione scritta, ormai salda da decenni nei messaggi, alla comunicazione orale, introdotta da qualche anno tramite i messaggi vocali, alla comunicazione gestuale resa possibile dal lavoro in oggetto. Le fasi principali del progetto sono state due: una in cui, dopo aver individuato la tecnica migliore, è stato effettuato il "motion capture", un’altra in cui il movimento registrato è stato trasformato in animazione per un soggetto 3D che viene visualizzata in realtà aumentata.

Planning preoperatorio basato sulla ricostruzione di un avatar muscolo-scheletrico customizzato

L’obbiettivo dell’elaborato che segue è quello di fornire a medici e chirurghi uno strumento di valutazione dei trattamenti di cura, per pazienti affetti da malattie del sistema muscolo scheletrico e della deambulazione. Lo studio incomincia dall’analisi del movimento del paziente tramite strumenti di gate analysis. Impiegando come modello la ricostruzione dell’apparato muscolo scheletrico del paziente, tramite sistemi di modellazione 3Dda TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) o risonanza magnetica, realizzando un modello personalizzato che verrà analizzato tramite il software OpenSim. Tramite lo studio del movimento andremo successivamente ad identificare le forze articolari agenti sul ginocchio e grazie alla modellazione FEM (Finite Element Method) verrà realizzato uno strumento di valutazione della strategia operatoria ottimale per il paziente, simulando l’operazione del ginocchio, che agisce sulle forze muscolari variando le forze agenti sull’articolazione e come queste variazioni modificano l’andamento delle tensioni nell’articolazione.

Algoritmi per la ricostruzione di immagini tomografiche con rumore misto

Nella tomografia computerizzata subentrano due fonti principali di rumore nel processo di generazione dell'immagine. Il l rumore legato al disturbo generato dall'elettronica si può modellare con un rumore di Gauss, mentre il rumore dovuto all'interazione dei fotoni con il corpo in scansione può essere modellato con un rumore di Poisson. Partendo da un modello per la rimozione del rumore misto di Poisson-Gauss (modello Infimal), viene applicato l'algoritmo del gradiente proiettato scalato (SGP) con Infimal su vari rumori misti per analizzarne l'efficacia.

Adattamento e valutazione del software di ricostruzione Patatrack per rivelatori a pixel applicato a dati TrackML

La ricostruzione delle traiettorie delle particelle prodotte dai vertici di interazione a LHC è di fondamentale importanza per tutti gli esperimenti. Questo passo è uno dei più dispendiosi in termini di tempo e calcolo computazionale nella catena di ricostruzione dell’evento e diventa sempre più complesso con l’aumentare del numero di collisioni. L’esperimento CMS adotta un rivelatore di tracciamento con tecnologia al silicio, dove la parte più interna sfrutta rivelatori con geometria a pixel, mentre la parte esterna utilizza delle strisce di silicio. Per quanto riguarda la ricostruzione nel rivelatore a pixel, sono stati sviluppati diversi algoritmi ottimizzati per fronteggiare l’alto rate di acquisizione dati, sfruttando anche il calcolo parallelo su GPU, con un’efficienza di tracciamento comparabile o superiore agli algoritmi precedentemente utilizzati. Questi nuovi algoritmi sono alla base del software Patatrack per la ricostruzione delle traiettorie. Il lavoro descritto in questa tesi punta ad adattare Patatrack ad una geometria diversa e più complessa di quella di CMS e di valutarne le prestazioni di fisica e computazionali. Sono stati utilizzati i dati forniti dalla TrackML challenge, il cui scopo è incentivare lo sviluppo di nuovi algoritmi di ricostruzione di tracce per gli esperimenti in fisica delle alte energie. E' stato condotto uno studio approfondito della nuova geometria per potervi successivamente adattare il software esistente. Infine, la catena di ricostruzione è stata modificata per poter utilizzare i dati forniti dalla TrackML challenge e permettere la ricostruzione delle traiettorie.

Il contributo del restauro critico-conservativo alla ricostruzione e restituzione della memoria degli edifici gravemente colpiti dal sisma: San Bartolomeo di Villafranca (MO).

Obiettivo della Tesi è indagare il ruolo del Restauro critico-conservativo nella ricostruzione degli edifici gravemente colpiti dal sisma. Nella chiesa di San Bartolomeo di Villafranca, crollata durante il sisma del 2012, le esigenze strutturali di ricostruzione si scontrano con le esigenze figurative di conservazione. Non si può ignorare la necessità della ricostruzione e della restituzione della memoria dell’edificio, visto il valore devozionale che possiede per il paese. Tuttavia le gravi problematiche strutturali portano la necessità di ricostruire la maggior parte delle strutture, con il rischio di perdere parte del “testo storico”. Il progetto prova a coniugare le due diverse esigenze, studiando il rapporto tra forma, figura e struttura, senza trascurare il problema del palinsesto. Inoltre le preesistenze emerse conducono davanti alla scelta tra conservare o rimuovere le aggiunte postume, la quale definirà quale immagine della chiesa verrà restituita: è possibile privilegiare l’immagine ricordata dai cittadini, senza ignorare la storia dell’edificio? Un progetto di Restauro consapevole non può prescindere da uno studio preliminare del contesto storico, territoriale e sociale e dell’edificio in sé, sotto gli aspetti morfologici, strutturali e materici, affiancato a comparazioni con edifici simili e a un’analisi attenta di alcuni elementi architettonici significativi (pilastri, archi e volte). Il campanile, crollato in buona parte, è oggetto di uno studio approfondito, basato sulla catalogazione dei frammenti rinvenuti a terra, a cui segue una ricostruzione ipotetica con il ricollocamento di ogni frammento rinvenuto. La proposta progettuale si concentra da un lato sul consolidamento delle strutture esistenti, senza alterare l’immagine architettonica, dall’altro sulla ricostruzione delle parti crollate, con l’obiettivo di ristabilire l’unità dell’opera, dove il nuovo è un valore aggiunto con consapevolezza critica, che dialoga e serve l’architettura del passato.

Riqualificazione o demolizione e ricostruzione? Metodo di valutazione della circolarità e applicazione al caso della "Corte Palazzo" ad Argelato, Bologna

La prima parte della seguente tesi intende studiare lo stato dell’arte in ambito delle principali tecnologie di smaltimento e di recupero dei rifiuti da costruzione, per poi analizzare le metodologie di analisi del sistema di decostruzione, basate su processi di calcolo semplificati. La seconda parte si concentra invece sul confronto tra due ipotesi di intervento differenti: uno scenario di riqualificazione energetica e uno di demolizione e ricostruzione. L’obiettivo della ricerca è indagare quale dei due interventi sia il più circolare e sostenibile, dal punto di vista ambientale ed economico. Questo obiettivo si concretizza mediante lo svolgimento di una analisi LCA attraverso l’utilizzo del software OneClick LCA. Il caso di studio sul quale viene svolta tale indagine consiste nella villa realizzata agli inizi del Novecento, appartenente al complesso “Corte Palazzo” sito ad Argelato (Bologna). Per lo scenario di demolizione, dopo una prima analisi iniziale delle tecniche circolari da poter applicare più adeguate al contesto esistente, è stato sviluppato un progetto che rispettasse le stesse caratteristiche dimensionali (in termini di sagoma) e le stesse prestazioni dell’involucro (in termini di trasmittanza termica) dell’edificio riqualificato. Il metodo di analisi proposto, reiterabile e proposto ad altri casi di studio, eventualmente implementato per includere tutti i materiali che compongono il sistema costruttivo e non soltanto quelli dell’involucro, rappresenta un efficace strumento di valutazione dell’impatto ambientale ed economico degli interventi, per consentire ai progettisti e ai committenti di compiere scelte più consapevoli.

Analisi cinematica dell'articolazione della caviglia tramite risonanza magnetica dinamica

Il piede è la struttura anatomica multi-articolare che media il contatto dell’apparato muscoloscheletrico con il suolo ed è, quindi, fondamentale per la locomozione e per la maggioranza dei task motori. Per questo, l’analisi cinematica intrarticolare in-vivo del complesso piede-caviglia risulta essere di grande interesse in ambito biomeccanico e in ambito clinico. La quantificazione del moto relativo è, però, complessa a causa del numero di ossa presenti nel piede, ben 26, e alla loro distribuzione. Tali limitazioni possono essere superate ricorrendo a misure in risonanza magnetica dinamica (DMRI). Questo elaborato presenta un primo approccio esplorativo per determinare la cinematica del piede. In particolare l’analisi si è concentrata, per semplicità, sullo studio del retropiede, quindi sul moto relativo tra tibia, talo e calcagno, nel caso di flessione plantare libera, ovvero senza alcun carico applicato. Il complesso piede-caviglia è stato scansionato suddividendo il range di movimento in 13 pose statiche. Da ognuna delle 13 acquisizioni di tipo volumetrico sono state simulate delle scansioni dinamiche, in modo da ottenere una cinematica certa di riferimento, per poter valutare la precisione dell’algoritmo utilizzato. La ricostruzione della cinematica tridimensionale del complesso esaminato si è basata su un algoritmo di registrazione, composto da un primo processo di inizializzazione semiautomatico ed una successiva registrazione 2D/3D automatica basata sull’intensità dei voxel. Di particolare interesse in questa indagine è la ricostruzione dei tre moti relativi: tibia-talo, tibia-calcagno e talo-calcagno. Per valutare la precisione dell’algoritmo nella ricostruzione della cinematica è stato calcolato l’errore medio in valore assoluto tra le coordinate dei modelli nelle pose di riferimento e le coordinate fornite dal codice. I risultati ottenuti sono di notevole interesse visto il carattere esplorativo dello studio.