Add-on in blender per la deformazione di mesh poligonali

L’idea da cui nasce questa tesi è quella di introdurre in Blender un Add-on in linguaggio Python che permetta di applicare alcune deformazioni di tipo surface-based a mesh poligonali. Questa tipologia di deformazioni rappresentano l’alternativa alle deformazioni di mesh poligonali tramite rigging ( cioè l’aggiunta di uno scheletro per controllare e per animare la mesh) e caging (cioè l’utilizzo di una struttura di controllo di tipo reticolare che propaga la sua deformazione su un oggetto in essa immerso), che di solito sono le prescelte in computer animation e in modellazione. Entrambe le deformazioni indicate sono già estremamente radicate in Blender, prova ne è il fatto che esiste più di un modificatore che le implementa, già integrato in codice nativo. Si introduce inizialmente la tecnica di deformazione di mesh poligonali tramite elasticità discreta, che è stata realizzata, quindi, presenteremo diverse metodologie di deformazione. Illustreremo poi come modellare, creare ed editare delle mesh in Blender. Non ci soffermeremo su dettagli puramente dettati dall’interfaccia utente, cercheremo invece di addentrarci nei concetti e nelle strutture teoriche, allo scopo di avere le basi logiche per definire una Add-on che risulti veramente efficace e utile all’interno del sistema di modellazione. Approfondiremo la struttura di due modificatori chiave per la deformazioni di mesh : Lattice Modifier e Mesh Deform Modifier che implementano una metodologia di tipo space-based. Infine ci concentreremo sulla parte di scripting Python in Blender. Daremo un’idea delle strutture dati, dei metodi e delle funzioni da utilizzare per interagire con l’ambiente circostante, con i singoli oggetti ed in particolare con le Mesh e daremo un esempio di script Python. Andremo infine a descrivere l’implementazione della deformazione elastica mediante add-on Python in Blender.

Scripting automation e modelli bayesiani: Applicazioni cliniche in radioterapia e sviluppo di tecniche innovative per adaptive radiation therapy

La presente ricerca consiste nel validare ed automatizzare metodiche di Adaptive Radiation Therapy (ART), che hanno come obiettivo la personalizzazione continua del piano di trattamento radioterapico in base alle variazioni anatomiche e dosimetriche del paziente. Tali variazioni (casuali e/o sistematiche) sono identificabili mediante l’utilizzo dell’imaging diagnostico. Il lavoro svolto presso la struttura di Fisica Medica dell’Azienda Ospedaliera Universitaria del Policlinico di Modena, si inserisce in un progetto del Ministero della Salute del bando Giovani Ricercatori dal titolo: “Dose warping methods for IGRT and ADAPTIVERT: dose accumulation based on organ motion and anatomical variations of the patients during radiation therapy treatments”. Questa metodica si sta affermando sempre più come nuova opportunità di trattamento e, per tale motivo, nasce l’esigenza di studiare e automatizzare processi realizzabili nella pratica clinica, con un utilizzo limitato di risorse. Si sono sviluppati script che hanno permesso l’automazione delle operazioni di Adaptive e deformazioni, raccogliendo i dati di 51 pazienti sottoposti a terapia mediante Tomotherapy. L’analisi delle co-registrazioni deformabili delle strutture e delle dosi distribuite, ha evidenziato criticità del software che hanno reso necessario lo sviluppo di sistemi di controllo dei risultati, per facilitare l’utente nella revisione quotidiana dei casi clinici. La letteratura riporta un numero piuttosto limitato di esperienze sulla validazione e utilizzo su larga scala di questi tools, per tale motivo, si è condotto un esame approfondito della qualità degli algoritmi elastici e la valutazione clinica in collaborazione di fisici medici e medici radioterapisti. Sono inoltre stati sviluppati principi di strutturazione di reti Bayesiane, che consentono di predirre la qualità delle deformazioni in diversi ambiti clinici (H&N, Prostata, Polmoni) e coordinare il lavoro quotidiano dei professionisti, identificando i pazienti, per i quali sono apprezzabili variazioni morfo-dosimetriche significative. Da notare come tale attività venga sviluppata automaticamente durante le ore notturne, sfruttando l’automation come strumento avanzato e indipendente dall’operatore. Infine, il forte sviluppo, negli ultimi anni della biomeccanica applicata al movimento degli organi (dimostrato dalla numerosa letteratura al riguardo), ha avuto come effetto lo sviluppo, la valutazione e l’introduzione di algoritmi di deformazione efficaci. In questa direzione, nel presente lavoro, si sono analizzate quantitivamente le variazioni e gli spostamenti delle parotidi, rispetto all’inizio del trattamento, gettando le basi per una proficua linea di ricerca in ambito radioterapico.

Analisi e progettazione di un'architettura per il monitoraggio a basso costo di catastrofi naturali.

Il monitoraggio ravvicinato di scenari protagonisti di fenomeni ambientali catastrofici, come improvvisi terremoti o violente eruzioni vulcaniche, è reso complicato dalla pericolosità intrinseca di tali ambienti per l'incolumità di operatori e attrezzature. L'obiettivo di questa tesi è di capire se è possibile realizzare un'alternativa alle attuali stazioni monitoranti, caratterizzata da una facile installazione e da un costo contenuto. Sarà fondamentale che la stazione possa trasmettere a distanza tutto ciò che i suoi sensori registrano, finché non sarà resa non operativa da un guasto meccanico causato dall'ambiente circostante.

Modulo di gestione della stampa 3D e CAM in ambiente FreeCAD

In Italia hanno visto stampanti 3D commerciali, e grazie al gruppo di professori e ricercatori della Facoltà di Ingegneria Meccanica dell'Università di Bologna, con cui ho avuto la possibilità di realizzare questa tesi, è nato il progetto di una stampante 3D ibrida, dotata sia di una fresatrice che di un estrusore: una stampante talmente grande che si va a posizionare come la stampante più grande di tutta Italia. Il mio progetto, si chiama PrinterCAD, è in grado infatti di gestire le diverse fasi della stampa 3D ibrida con i necessari parametri di lavorazione e controllo. Questo applicazione è un modulo realizzato in Python e segue la filosofia del MVC; inoltre estende il software opensource FreeCAD.

Sviluppo di un sistema evoluto per la gestione di tornei di grandi dimensioni di giochi da tavolo o di carte

Questo progetto ha lo scopo di creare un sistema di supporto per lo staff di grandi tornei internazionali di giochi da tavolo o di carte. Questi eventi sono solitamente gestiti da più di 40 persone e occupano grandi padiglioni fieristici. Vedremo come sia possibile, con l'ausilio di smartphone, facilitare le normali operazioni logistiche e permettere di risparmiare tempo e fatica. Analizzeremo le scelte progettuali e gli strumenti adottati per lo sviluppo di questo sistema.

Funzioni polinomiali negli anelli z_(p^n)

Questa ricerca affronta in maniera interdisciplinare il tema delle funzioni polinomiali definite sugli anelli degli interi modulo la potenza di un numero primo. In primo luogo è stato esaminato il caso particolare del campo Zp, dimostrando che in esso tutte le funzioni sono polinomiali. In seguito è stato calcolato il numero delle funzioni polinomiali negli interi modulo 9 e modulo 25, mostrando un procedimento che può essere esteso a qualsiasi potenza di un numero primo. Esso fa uso di alcuni risultati di teoria dei numeri e di aritmetica e affronta il tema da un punto di vista prettamente algebrico. A queste dimostrazioni è stato affiancato un esperimento di tipo statistico, il cui obiettivo è cercare una regolarità che permetta, dati il numero primo p e il suo esponente n, di calcolare immediatamente il numero delle funzioni polinomiali nell'anello degli interi modulo p^n. Sono state presentate due congetture, ottenute utilizzando strumenti di tipo informatico: un software di calcolo e un linguaggio di programmazione ad alto livello. Gli strumenti della statistica descrittiva, in particolare il test di Pearson, si sono rivelati essenziali per verificare l'adeguatezza delle supposizioni. Questa ricerca può essere considerata il punto di partenza per dimostrare (o confutare) quello che è stato ipotizzato attraverso un'analisi di tipo sperimentale.

Generazione di dataset RDF su articoli scientifici e affiliazioni: un approccio modulare basato su DBPedia

In questa tesi è stato proposto AffiliationExtractor, un tool modulare scritto in Python, preposto all'estrazione di informazioni su affiliazioni di autori di pubblicazioni scientifiche, producendo in output un dataset RDF contente queste informazioni.

Predicting CMS datasets popularity with machine learning

In CMS è stato lanciato un progetto di Data Analytics e, all’interno di esso, un’attività specifica pilota che mira a sfruttare tecniche di Machine Learning per predire la popolarità dei dataset di CMS. Si tratta di un’osservabile molto delicata, la cui eventuale predizione premetterebbe a CMS di costruire modelli di data placement più intelligenti, ampie ottimizzazioni nell’uso dello storage a tutti i livelli Tiers, e formerebbe la base per l’introduzione di un solito sistema di data management dinamico e adattivo. Questa tesi descrive il lavoro fatto sfruttando un nuovo prototipo pilota chiamato DCAFPilot, interamente scritto in python, per affrontare questa sfida.

Analisi di un sistema di monitoraggio della frequenza cardiaca per mezzo di videocamere digitali

In campo medico ha un ruolo fondamentale il monitoraggio dei parametri vitali, importanti indicatori dello stato di salute del paziente, essenziali nella diagnosi e nella cura dellle patologie. La frequenza cardiaca occupa un ruolo fondamentale nella clinica, primo indice dell'attività cardio circolatoria del paziente. Il trattato analizza una metodica di monitoraggio del battito cardiaco per mezzo delle videocamere digitali, la ripresa diretta in video del volto del paziente e la presenza di un'adeguata illuminazione ambientale: la pulsazione cardiaca esercita variazioni di pressione a livello periferico generando un cambiamento del colore della pelle sulle zone più esposte, quali il viso. Analizzando l'andamento temporale del segnale RGB registra, per mezzo di algoritmi di elaborazione delle immagini, è possibile stimare accuratamente il battito cardiaco dell'utente. Nell'elaborato viene affrontata la metodica degl algoritmi di image-prcessing presentando un applicativo scritto in linguaggio Python, funzionante e testato su di un sistema Linux (Ubuntu 14.04). Tale metodo si basa sui concetti della fotopletismografia applicata in remoto denotando il non-contact-mode.

Un’applicazione di elaborazione del linguaggio naturale per il gioco di "Indovina chi?" su robot umanoide

La tesi è stata incentrata sul gioco «Indovina chi?» per l’identificazione da parte del robot Nao di un personaggio tramite la sua descrizione. In particolare la descrizione avviene tramite domande e risposte L’obiettivo della tesi è la progettazione di un sistema in grado di capire ed elaborare dei dati comunicati usando un sottoinsieme del linguaggio naturale, estrapolarne le informazioni chiave e ottenere un riscontro con informazioni date in precedenza. Si è quindi programmato il robot Nao in modo che sia in grado di giocare una partita di «Indovina chi?» contro un umano comunicando tramite il linguaggio naturale. Sono state implementate regole di estrazione e categorizzazione per la comprensione del testo utilizzando Cogito, una tecnologia brevettata dall'azienda Expert System. In questo modo il robot è in grado di capire le risposte e rispondere alle domande formulate dall'umano mediante il linguaggio naturale. Per il riconoscimento vocale è stata utilizzata l'API di Google e PyAudio per l'utilizzo del microfono. Il programma è stato implementato in Python e i dati dei personaggi sono memorizzati in un database che viene interrogato e modificato dal robot. L'algoritmo del gioco si basa su calcoli probabilistici di vittoria del robot e sulla scelta delle domande da proporre in base alle risposte precedentemente ricevute dall'umano. Le regole semantiche realizzate danno la possibilità al giocatore di formulare frasi utilizzando il linguaggio naturale, inoltre il robot è in grado di distinguere le informazioni che riguardano il personaggio da indovinare senza farsi ingannare. La percentuale di vittoria del robot ottenuta giocando 20 partite è stata del 50%. Il data base è stato sviluppato in modo da poter realizzare un identikit completo di una persona, oltre a quello dei personaggi del gioco. È quindi possibile ampliare il progetto per altri scopi, oltre a quello del gioco, nel campo dell'identificazione.

The Design of XML-Based Model and Experiment Description Languages for Network Simulation

The Simulation Automation Framework for Experiments (SAFE) is a project created to raise the level of abstraction in network simulation tools and thereby address issues that undermine credibility. SAFE incorporates best practices in network simulationto automate the experimental process and to guide users in the development of sound scientific studies using the popular ns-3 network simulator. My contributions to the SAFE project: the design of two XML-based languages called NEDL (ns-3 Experiment Description Language) and NSTL (ns-3 Script Templating Language), which facilitate the description of experiments and network simulationmodels, respectively. The languages provide a foundation for the construction of better interfaces between the user and the ns-3 simulator. They also provide input to a mechanism which automates the execution of network simulation experiments. Additionally,this thesis demonstrates that one can develop tools to generate ns-3 scripts in Python or C++ automatically from NSTL model descriptions.

Statistical Analyses and Reproducible Research

For various reasons, it is important, if not essential, to integrate the computations and code used in data analyses, methodological descriptions, simulations, etc. with the documents that describe and rely on them. This integration allows readers to both verify and adapt the statements in the documents. Authors can easily reproduce them in the future, and they can present the document's contents in a different medium, e.g. with interactive controls. This paper describes a software framework for authoring and distributing these integrated, dynamic documents that contain text, code, data, and any auxiliary content needed to recreate the computations. The documents are dynamic in that the contents, including figures, tables, etc., can be recalculated each time a view of the document is generated. Our model treats a dynamic document as a master or ``source'' document from which one can generate different views in the form of traditional, derived documents for different audiences. We introduce the concept of a compendium as both a container for the different elements that make up the document and its computations (i.e. text, code, data, ...), and as a means for distributing, managing and updating the collection. The step from disseminating analyses via a compendium to reproducible research is a small one. By reproducible research, we mean research papers with accompanying software tools that allow the reader to directly reproduce the results and employ the methods that are presented in the research paper. Some of the issues involved in paradigms for the production, distribution and use of such reproducible research are discussed.

Evaluation of surface defect detection in reinforced concrete bridge decks using terrestrial LiDAR

Routine bridge inspections require labor intensive and highly subjective visual interpretation to determine bridge deck surface condition. Light Detection and Ranging (LiDAR) a relatively new class of survey instrument has become a popular and increasingly used technology for providing as-built and inventory data in civil applications. While an increasing number of private and governmental agencies possess terrestrial and mobile LiDAR systems, an understanding of the technology’s capabilities and potential applications continues to evolve. LiDAR is a line-of-sight instrument and as such, care must be taken when establishing scan locations and resolution to allow the capture of data at an adequate resolution for defining features that contribute to the analysis of bridge deck surface condition. Information such as the location, area, and volume of spalling on deck surfaces, undersides, and support columns can be derived from properly collected LiDAR point clouds. The LiDAR point clouds contain information that can provide quantitative surface condition information, resulting in more accurate structural health monitoring. LiDAR scans were collected at three study bridges, each of which displayed a varying degree of degradation. A variety of commercially available analysis tools and an independently developed algorithm written in ArcGIS Python (ArcPy) were used to locate and quantify surface defects such as location, volume, and area of spalls. The results were visual and numerically displayed in a user-friendly web-based decision support tool integrating prior bridge condition metrics for comparison. LiDAR data processing procedures along with strengths and limitations of point clouds for defining features useful for assessing bridge deck condition are discussed. Point cloud density and incidence angle are two attributes that must be managed carefully to ensure data collected are of high quality and useful for bridge condition evaluation. When collected properly to ensure effective evaluation of bridge surface condition, LiDAR data can be analyzed to provide a useful data set from which to derive bridge deck condition information.

Integration of QUAL2Kw and ArcGIS for Silver Bow Creek, Montana

The purpose of this project is to take preliminary steps towards the development of a QUAL2Kw model for Silver Bow Creek, MT. These preliminary steps include initial research and familiarization with QUAL2Kw, use of ArcGIS to fill in geospatial data gaps, and integration of QUAL2Kw and ArcGIS. The integration involves improvement of the QUAL2Kw model output through adding functionality to the model itself, and development of a QUAL2Kw specific tool in ArcGIS. These improvements are designed to help expedite and simplify the viewing of QUAL2Kw output data spatially in ArcGIS as opposed to graphically within QUAL2Kw. These improvements will allow users to quickly and easily view the many output parameters of each model run geographically within ArcGIS. This will make locating potential problem areas or “hot spots” much quicker and easier than interpreting the QUAL2Kw output data from a graph alone. The added functionality of QUAL2KW was achieved through the development of an excel Macro, and the tool in ArcGIS was developed using python scripting and the model builder feature in ArcGIS.