Design and implementation of a 3D computer game controller using inertial MEMS sensors

Though 3D computer graphics has seen tremendous advancement in the past two decades, most available mechanisms for computer interaction in 3D are high cost and targeted for industry and virtual reality applications. Recent advances in Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) devices have brought forth a variety of new low-cost, low-power, miniature sensors with high accuracy, which are well suited for hand-held devices. In this work a novel design for a 3D computer game controller using inertial sensors is proposed, and a prototype device based on this design is implemented. The design incorporates MEMS accelerometers and gyroscopes from Analog Devices to measure the three components of the acceleration and angular velocity. From these sensor readings, the position and orientation of the hand-held compartment can be calculated using numerical methods. The implemented prototype is utilizes a USB 2.0 compliant interface for power and communication with the host system. A Microchip dsPIC microcontroller is used in the design. This microcontroller integrates the analog to digital converters, the program memory flash, as well as the core processor, on a single integrated circuit. A PC running Microsoft Windows operating system is used as the host machine. Prototype firmware for the microcontroller is developed and tested to establish the communication between the design and the host, and perform the data acquisition and initial filtering of the sensor data. A PC front-end application with a graphical interface is developed to communicate with the device, and allow real-time visualization of the acquired data.

Frame-coherent 3D stippling for non-photorealistic computer graphics

Stipping, non-photorealistic rendering, non-photorealistic computer graphics

Tensor3D: A computer graphics program to simulate 3D real-time deformation and visualization of geometric bodies

Tensor3D is a geometric modeling program with the capacity to simulate and visualize in real-time the deformation, specified through a tensor matrix and applied to triangulated models representing geological bodies. 3D visualization allows the study of deformational processes that are traditionally conducted in 2D, such as simple and pure shears. Besides geometric objects that are immediately available in the program window, the program can read other models from disk, thus being able to import objects created with different open-source or proprietary programs. A strain ellipsoid and a bounding box are simultaneously shown and instantly deformed with the main object. The principal axes of strain are visualized as well to provide graphical information about the orientation of the tensor's normal components. The deformed models can also be saved, retrieved later and deformed again, in order to study different steps of progressive strain, or to make this data available to other programs. The shape of stress ellipsoids and the corresponding Mohr circles defined by any stress tensor can also be represented. The application was written using the Visualization ToolKit, a powerful scientific visualization library in the public domain. This development choice, allied to the use of the Tcl/Tk programming language, which is independent on the host computational platform, makes the program a useful tool for the study of geometric deformations directly in three dimensions in teaching as well as research activities. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A 3D computer assisted Orthopedic Surgery Planning approach based on planar radiography

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Informática Médica)

Embedding metadata in computer graphics for interaction

Illustration Watermarks, Image annotation, Virtual data exploration, Interaction techniques

Performance evaluation of 3D computer vision techniques

This work presents the implementation and comparison of three different techniques of three-dimensional computer vision as follows: • Stereo vision - correlation between two 2D images • Sensorial fusion - use of different sensors: camera 2D + ultrasound sensor (1D); • Structured light The computer vision techniques herein presented took into consideration the following characteristics: • Computational effort ( elapsed time for obtain the 3D information); • Influence of environmental conditions (noise due to a non uniform lighting, overlighting and shades); • The cost of the infrastructure for each technique; • Analysis of uncertainties, precision and accuracy. The option of using the Matlab software, version 5.1, for algorithm implementation of the three techniques was due to the simplicity of their commands, programming and debugging. Besides, this software is well known and used by the academic community, allowing the results of this work to be obtained and verified. Examples of three-dimensional vision applied to robotic assembling tasks ("pick-and-place") are presented.

Computer graphics applied to anatomy: a study of two bio-cad modeling methods on finite element analysis of human edentulous hemi-mandible

Modeling is a step to perform a finite element analysis. Different methods of model construction are reported in literature, as the Bio-CAD modeling. The purpose of this study was to perform a model evaluation and application using two methods of Bio-CAD modeling from human edentulous hemi-mandible on the finite element analysis. From CT scans of dried human skull was reconstructed a stereolithographic model. Two methods of modeling were performed: STL conversion approach (Model 1) associated to STL simplification and reverse engineering approach (Model 2). For finite element analysis was used the action of lateral pterygoid muscle as loading condition to assess total displacement (D), equivalent von-Mises stress (VM) and maximum principal stress (MP). Two models presented differences on the geometry regarding surface number (1834 (model 1); 282 (model 2)). Were observed differences in finite element mesh regarding element number (30428 nodes/16683 elements (model 1); 15801 nodes/8410 elements (model 2). D, VM and MP stress areas presented similar distribution in two models. The values were different regarding maximum and minimum values of D (ranging 0-0.511 mm (model 1) and 0-0.544 mm (model 2), VM stress (6.36E-04-11.4 MPa (model 1) and 2.15E-04-14.7 MPa (model 2) and MP stress (-1.43-9.14 MPa (model 1) and -1.2-11.6 MPa (model 2). From two methods of Bio-CAD modeling, the reverse engineering presented better anatomical representation compared to the STL conversion approach. The models presented differences in the finite element mesh, total displacement and stress distribution.

Redazione di presentazioni e dispense. Un esempio: I quaternioni nella computer-graphics

L'obiettivo della tesi è individuare gli strumenti più indicati per scrivere un documento a carattere tecnico-scientifico e creare la relativa presentazione multimediale. La scelta degli strumenti è il risultato di un’analisi delle problematiche specifiche. Tuttavia è impossibile fare delle considerazione relativamente a questi strumenti senza averli mai usati in pratica. E' stato quindi scelto un argomento tecnico scientifico come esempio: I quaternioni nella Computher Grafica. L'argomento è stato esposto in una breve dispensa scritta con LaTeX. Nella dispensa sono state inserite diverse immagini generate con Inkscape. La presentazione multimediale è stata realizzata con PowerPoint. Dopo una breve descrizione di ogni programma segue l’esposizione di come essi rispondano alle particolari esigenze di stesura di una presentazione scientifica.

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.

Anatomofisiologia da sucção e deglutição do bebê em computação gráfica 3D como instrumento educacional

A eficiência da amamentação exige uma complexa coordenação entre sucção, deglutição e respiração, sendo que a tecnologia tem possibilitado importantes avanços na compreensão desse processo. Porém, não foram encontrados vídeos disponíveis na internet que demonstrassem a anatomia e fisiologia da amamentação, de modo didático e fidedigno à ciência atual. Este trabalho teve por objetivo descrever o desenvolvimento de uma sequência em computação gráfica sobre a sucção e a deglutição, resultante da produção digital do Bebê Virtual, bem como validar tal produção quanto ao conteúdo e prover adequações necessárias ao material educacional. Para a produção das iconografias em 3D da sucção e deglutição no Bebê Virtual, inicialmente foi elaborado um mapa conceitual e uma matriz de conteúdos, objetivos e competências voltadas ao material educacional. Posteriormente foi elaborado um roteiro científico que abordou a anatomia do crânio, face, cavidade oral, faringe, laringe e esôfago do recém-nascido, bem como, a descrição dos mecanismos fisiológicos relacionados à sucção e às fases oral e faríngea da deglutição no bebê. Para isso foram utilizadas 14 publicações do período de 1998 a 2008, que continham informações relevantes para demonstrar a amamentação. Os conteúdos teóricos foram organizados em cenas principais, possibilitando a criação de previews das sequências dinâmicas, as quais foram avaliadas por profissionais de anatomia, fonoaudiologia e medicina, possibilitando os ajustes necessários e a construção das imagens em computação gráfica 3D. Para análise da validade de conteúdo dessas imagens foi verificada a representatividade dos itens que o compõe, por meio de consulta à literatura. Foram incluídos estudos que utilizaram auxílio tecnológico e abordaram o tema proposto em bebês a termo e saudáveis, sem alterações neurológicas ou anomalias craniofaciais. Foram excluídas as publicações realizadas com bebês pré-termo, sindrômicos, com anomalias, doenças neurológicas ou qualquer alteração que pudesse interferir na amamentação, revisões de literatura e relatos de caso. Os artigos selecionados foram analisados e classificados quanto ao nível de evidência científica, predominando o nível três de evidência. A análise de conteúdo demonstrou a necessidade de adequações nas iconografias 3D, para que o processo de sucção e deglutição demonstrado no bebê virtual pudesse corresponder ao conhecimento científico atual. Tais adequações foram propostas a partir dos achados de 9 estudos, publicados entre 2008 e 2014, que utilizaram ultrassonografia para demonstrar como ocorre o processo de amamentação. Desta forma, foram modificados os aspectos da pega, da movimentação de língua, mandíbula, palato mole e laringe, além da sincronização da sucção/deglutição/respiração e deslocamento do mamilo, num processo desenvolvido em cinco etapas. Assim, o presente estudo descreveu o processo de desenvolvimento das iconografias em 3D sobre a anatomia e fisiologia da sucção e deglutição no recém-nascido a termo, sendo que a validade de conteúdo permitiu atualizar vários aspectos da amamentação do Bebê Virtual, quebrando velhos paradigmas e possibilitando ilustrar didaticamente as evidências científicas relacionadas.

The development of UTCS/NETSIM/ICG: an integrated urban traffic control system - network simulation - interactive computer graphics program. Final report.

Transportation Department, Office of University Research, Washington, D.C.

NETGRAF: a computer graphics aid to the operation and interpretation of NETSIM, a traffic simulation model. Part 1: overview and experimental results. Final report.

Transportation Department, Office of University Research, Washington, D.C.

NETGRAF: a computer graphics aid to the operation and interpretation of NETSIM, a traffic simulation model. Part 3: programmer's guide.

Transportation Department, Office of University Research, Washington, D.C.