Design and development of a Unity based framework for augmented worlds

The way we've always envisioned computer programs is slowly changing. Thanks to the recent development of wearable technologies we're experiencing the birth of new applications that are no more limited to a fixed screen, but are instead sparse in our surroundings by means of fully fledged computational objects. In this paper we discuss proper techniques and technologies to be used for the creation of "Augmented Worlds", through the design and development of a novel framework that can help us understand how to build these new programs.

Quantum simulation of (1+1)D QED via a Zn lattice Gauge theory

La simulazione di un sistema quantistico complesso rappresenta ancora oggi una sfida estremamente impegnativa a causa degli elevati costi computazionali. La dimensione dello spazio di Hilbert cresce solitamente in modo esponenziale all'aumentare della taglia, rendendo di fatto impossibile una implementazione esatta anche sui più potenti calcolatori. Nel tentativo di superare queste difficoltà, sono stati sviluppati metodi stocastici classici, i quali tuttavia non garantiscono precisione per sistemi fermionici fortemente interagenti o teorie di campo in regimi di densità finita. Di qui, la necessità di un nuovo metodo di simulazione, ovvero la simulazione quantistica. L'idea di base è molto semplice: utilizzare un sistema completamente controllabile, chiamato simulatore quantistico, per analizzarne un altro meno accessibile. Seguendo tale idea, in questo lavoro di tesi si è utilizzata una teoria di gauge discreta con simmetria Zn per una simulazione dell'elettrodinamica quantistica in (1+1)D, studiando alcuni fenomeni di attivo interesse di ricerca, come il diagramma di fase o la dinamica di string-breaking, che generalmente non sono accessibili mediante simulazioni classiche. Si propone un diagramma di fase del modello caratterizzato dalla presenza di una fase confinata, in cui emergono eccitazioni mesoniche ed antimesoniche, cioè stati legati particella-antiparticella, ed una fase deconfinata.

Content and English Language Integrated Learning: The use of Moodle in Aircraft Maintenance Training Programs

The aim of this work is to develop a prototype of an e-learning environment that can foster Content and Language Integrated Learning (CLIL) for students enrolled in an aircraft maintenance training program, which allows them to obtain a license valid in all EU member states. Background research is conducted to retrace the evolution of the field of educational technology, analyzing different learning theories – behaviorism, cognitivism, and (socio-)constructivism – and reflecting on how technology and its use in educational contexts has changed over time. Particular attention is given to technologies that have been used and proved effective in Computer Assisted Language Learning (CALL). Based on the background research and on students’ learning objectives, i.e. learning highly specialized contents and aeronautical technical English, a bilingual approach is chosen, three main tools are identified – a hypertextbook, an exercise creation activity, and a discussion forum – and the learning management system Moodle is chosen as delivery medium. The hypertextbook is based on the technical textbook written in English students already use. In order to foster text comprehension, the hypertextbook is enriched by hyperlinks and tooltips. Hyperlinks redirect students to webpages containing additional information both in English and in Italian, while tooltips show Italian equivalents of English technical terms. The exercise creation activity and the discussion forum foster interaction and collaboration among students, according to socio-constructivist principles. In the exercise creation activity, students collaboratively create a workbook, which allow them to deeply analyze and master the contents of the hypertextbook and at the same time create a learning tool that can help them, as well as future students, to enhance learning. In the discussion forum students can discuss their individual issues, content-related, English-related or e-learning environment-related, helping one other and offering instructors suggestions on how to improve both the hypertextbook and the workbook based on their needs.

Simulazione di fluidi in Computer Graphics

Questa tesi si focalizza sullo studio dei modelli fisico-matematici attualmente in uso per la simulazione di fluidi al calcolatore con l’obiettivo di fornire nozioni di base e avanzate sull’utilizzo di tali metodi. La trattazione ha lo scopo di facilitare la comprensione dei principi su cui si fonda la simulazione di fluidi e rappresenta una base per la creazione di un proprio simulatore. E’ possibile studiare le caratteristiche di un fluido in movimento mediante due approcci diversi, l’approccio lagrangiano e l’approccio euleriano. Mentre l’approccio lagrangiano ha lo scopo di conoscere il valore, nel tempo, di una qualsiasi proprietà di ciascuna particella che compone il fluido, l’approccio euleriano, fissato uno o più punti del volume di spazio occupato da quest’ultimo, vuole studiare quello che accade, nel tempo, in quei punti. In particolare, questa tesi approfondisce lo studio delle equazioni di Navier-Stokes, approcciandosi al problema in maniera euleriana. La soluzione numerica del sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali derivante dalle equazioni sopracitate, approssima la velocità del fluido, a partire dalla quale è possibile risalire a tutte le grandezze che lo caratterizzano. Attenzione viene riservata anche ad un modello facente parte dell’approccio semi-lagrangiano, il Lattice Boltzmann, considerato una via di mezzo tra i metodi puramente euleriani e quelli lagrangiani, che si basa sulla soluzione dell’equazione di Boltzmann mediante modelli di collisione di particelle. Infine, analogamente al metodo di Lattice Boltzmann, viene trattato il metodo Smoothed Particles Hydrodynamics, tipicamente lagrangiano, secondo il quale solo le proprietà delle particelle comprese dentro il raggio di una funzione kernel, centrata nella particella di interesse, influenzano il valore della particella stessa. Un resoconto pratico della teoria trattata viene dato mediante delle simulazioni realizzate tramite il software Blender 2.76b.

Numerical study on viscoelastic behavior of polypropylene fiber reinforced concrete subjected to temperature variations using LDPM theory

This thesis is focused on the viscoelastic behavior of macro-synthetic fiber-reinforced concrete (MSFRC) with polypropylene studied numerically when subjected to temperature variations (-30 oC to +60 oC). LDPM (lattice discrete particle model), a meso-scale model for heterogeneous composites, is used. To reproduce the MSFRC structural behavior, an extended version of LDPM that includes fiber effects through fiber-concrete interface micromechanics, called LDPM-F, is applied. Model calibration is performed based on three-point bending, cube, and cylinder test for plain concrete and MSFRC. This is followed by a comprehensive literature study on the variation of mechanical properties with temperature for individual fibers and plain concrete. This literature study and past experimental test results constitute inputs for final numerical simulations. The numerical response of MSFRC three-point bending test is replicated and compared with the previously conducted experimental test results; finally, the conclusions were drawn. LDPM numerical model is successfully calibrated using experimental responses on plain concrete. Fiber-concrete interface micro-mechanical parameters are subsequently fixed and LDPM-F models are calibrated based on MSFRC three-point bending test at room temperature. Number of fibers contributing crack bridging mechanism is computed and found to be in good agreement with experimental counts. Temperature variations model for individual constituents of MSFRC, fibers and plain concrete, are implemented in LDPM-F. The model is validated for MSFRC three-point bending stress-CMOD (crack mouth opening) response reproduced at -30 oC, -15 oC, 0 oC, +20 oC, +40 oC and +60 oC. It is found that the model can well describe the temperature variation behavior of MSFRC. At positive temperatures, simulated responses are in good agreement. Slight disagreement in negative regimes suggests an in-depth study on fiber-matrix interface bond behavior with varying temperatures.