Visualização de estruturas internas em volumes de dados multimodais

Com o aperfeiçoamento de técnicas de aquisição de imagens médicas, como, por exemplo, a tomografia computadorizada e ressonância magnética, a capacidade e a fidelidade do diagnóstico por imagens foram ampliadas. Atualmente, existe a tendência de utilizarem-se imagens através de diversas modalidades para um único diagnóstico, principalmente no caso de doenças graves. Entretanto, o registro e a fusão dessas imagens, chamadas mutimodais, em uma única representação 3D do paciente é uma arefa extremamente dif[icil, que consome tempo e que está sujeita a erros. Sendo assim, a integração de imagens de diferentes modalidades tem sido objeto de pesquisa sob a denominação de Visualização de Volumes de Dados Multimodais. Sistemas desenvolvidos com este objetivo são usados, principalmente, para combinar informações metabólicas e funcionais com dados de anatomia, aumentando a precisão do diagnóstico, uma vez que possibilitam extrrair uma superfície ou região da imagem que apresenta a anatomia, e, então, observar a atividade funcional na outra modalidade. Durante a análise de tais imagens, os médicos estão interessados e quantificar diferentes estruturas. Seusobjetivos envolvem, por exemplo, a visualização de artérias e órgãos do corpo humano para análise de patologias, tais como tumores, má-formações artério-venosas, ou lesões em relação às estuturas que as circundam. Assim, um dos principais obetivos de um algoritmo de visualização volumétrica é permitir a identificação e exploração de estruturas internas no volume. Como o volume é normalmente um "bloco de dados", não se pode visualizar o seu interior, a menos que se assuma que é possível ver através de voxels transparentes, ou que é possivel remover voxels que estão na frente na qual o usuário está interessado, o que foi feito através de técnicas de segmentação ou de corte. Este trabalho presenta uma abordagem para a visualização de estruturas internas em volumes de dados multimodais. A abordagem está fundamentada na utilização de ferramentas de corte, tanto geométricas quanto baseadas em conteúdo, evitando, assim, o uso de técnicas de segmentação; e na integração dos dados multimodais na etapa de acumulação de pipeline de visualização volumétrica. Considerando que as aplicações que suportam este tipo de visualização envolvem a integração de várias ferramentas, tais como registro, corte e visualização, também é apresentado o projeto de um framework que permite esta integração e um alto grau de interação com usuário. Para teste e validação das técnicas de visualização de estruturas internas propostas e do algoritmo desenvolvido, que consiste numa extensão do algoritmo de ray casting tradicional, foram implementadas algumas classes desse framework. Uma revisão baseada na análise e na classificação das ferramentas de corte e funções de transferências, que correspondem a técnicas que permitem visualizar estruturas internas, também é apresentada.

Simulação numérica da interação de escoamentos tridimensionais de fluidos compressíveis e incompressíveis e estruturas deformáveis usando o método de elementos finitos

Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulação de problemas tridimensionais de interação fluido-estrutura utilizando a técnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetraédricos lineares são empregados para o fluido, que pode ser compressível ou incompressível. É adotada uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), compatível com o movimento da interface fluidoestrutura. Um método ftacionado de correção de velocidade é utilizado para os fluidos incompressíveis. A estrutura é analisada usando elementos triangulares com três nós e seis graus de liberdade por nó (três componentes de deslocamentos e três componentes de rotação). Os efeitos da não-linearidade geométrica são incluídos. O método de Newmark é empregado para integrar no tempo as equações dinâmicas de equilíbrio, usando-se uma descrição lagrangeana atualizada. O sistema de equações alge'bricas é solucionado através do método dos gradientes conjugados e o sistema não-linear, resultante de deslocamentos e rotacões finitas da estrutura, é solucionado com um esquema incremental-iterativo. O código é otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.

Investigação e aplicação de operações categoriais entre atores de animações baseadas em autômatos finitos com saída

O presente trabalho apresenta uma investigação sobre algumas operações categoriais baseadas em grafos e a aplicação das mesmas a uma área específica da Ciência da Computação, a saber, animações computacionais baseadas em autômatos finitos com saída. As operações categoriais estudadas neste trabalho são: Produto, Coproduto, Soma Amalgamada e Produto Fibrado. O modelo AGA (Animação Gráfica baseada em Autômatos finitos) foi o escolhido para ser utilizado como base desta dissertação. Inspirado nestes estudos, o trabalho contém uma proposta de como aplicar tais operações com o objetivo de definir animações aparentemente complexas, de forma simples, precisa e de fácil implementação. O enfoque está baseado em J. Stoy que diz que um dos objetivos para o uso da semântica formal de teoria das categorias é “sugerir meios ou formas para o projetista desenvolver sistemas melhores, mais elegantes (“limpos”) e com descrições formais mais simples”. Entretanto, não é objetivo deste trabalho verificar se a utilização destas operações é ou não melhor do que a utilização de qualquer outra solução para criar novas animações. Esta dissertação traz uma nova versão do modelo AGA, denominada AGANd (Animação Gráfica baseada em Autômatos finitos Não determinísticos), sendo que o AGA utiliza apenas autômatos finitos determinísticos para criar os atores de uma animação. Com a utilização do AGANd obtém-se animações mais realistas e mais flexíveis. A aplicação destas operações se dá nos dois modelos, os resultados obtidos a partir de cada uma das operações sobre os mesmos são apresentados de forma detalhada e ilustrados com os autômatos resultantes no decorrer do trabalho. É apresentada uma sugestão de implementação para cada uma das operações, visando estender o protótipo já implementado do modelo AGA. Isso faz com que o leitor seja estimulado a aplicar estas e outras operações categoriais em novas animações baseadas ou não nos modelos apresentados, despertando até mesmo para seu uso em outras áreas da Ciência da Computação.

Investigação de técnicas de visualização para representação de autômatos finitos com saída

Atualmente, a World Wide Web (WWW) já se estabeleceu como um dos meios de divulgação mais difundidos. Sendo um meio de publicação de custo relativamente baixo, muitas iniciativas foram desenvolvidas no sentido de estendê-la e transformá-la também numa ferramenta de apoio. Assim, uma série de pesquisas foi realizada no sentido de promover e facilitar o gerenciamento das informações da WWW, que são estruturadas, em sua maioria, como conjuntos de documentos inter-relacionados. Grafos são estruturas utilizadas para a representação de objetos e seus múltiplos relacionamentos. Nesse sentido, pode-se afirmar que hiperdocumentos podem ser modelados através de grafos, onde uma página representa um nodo e um link para outra página é representado por uma aresta. Considerando estas características, e dada a crescente complexidade dos materiais publicados na WWW, desenvolveu-se, ao longo da última década, o uso de técnicas e recursos de Visualização de Grafos com larga aplicação na visualização da estrutura e da navegação na WWW. Técnicas de visualização de grafos são aplicáveis especificamente para representar visualmente estruturas que possam ser modeladas por meio de objetos relacionados, sendo investigadas técnicas para a abstração de modo a facilitar tanto o processo de compreensão do contexto da informação, quanto a apreensão dos dados relacionados. Este trabalho tem como objetivo a investigação de técnicas de Visualização de Grafos aplicadas a autômatos finitos com saída. Este direcionamento se deve ao fato de alguns autores utilizar a abordagem de autômatos finitos com saída para as estruturas de hiperdocumentos. Se for considerado que um documento da WWW (ou o estado de um autômato) é composto por fragmentos de informação (ou saídas) tais como trechos de texto, imagens, animações, etc e que este documento é relacionado a outros por meio de links (ou transições), tem-se a verificação de sua representatividade por meio destas estruturas. Em trabalho anterior, no âmbito do PPGC da UFRGS, a ferramenta Hyper-Automaton foi desenvolvida com o objetivo de estender o uso da Internet no sentido de prover uma ferramenta de apoio à publicação de materiais instrucionais. Por adotar a notação de autômatos finitos com saída, possibilita, além da criação e gerenciamento de hiperdocumentos, a reutilização de fragmentos de informação sem que haja qualquer interferência de um autômato que utilize este fragmento sobre outro. O Hyper-Automaton foi selecionado como caso de estudo motivador deste trabalho. As técnicas aqui desenvolvidas têm como intuito diminuir a complexidade visual da informação, assim como permitir a navegação através dos autômatos finitos com saída de forma que seja possível visualizar detalhes como as saídas e informações relacionadas a cada uma delas, mantendo a visualização do contexto da informação. Foram analisadas técnicas de agrupamento como forma de redução da complexidade visual, e técnicas do tipo foco+contexto, como alternativa para prover a visualização simultânea do contexto e dos detalhes da informação.

Análise de estruturas compostas por aduelas pré-moldadas de concreto com protenção externa, sob estado plano de tensão, através do método dos elementos finitos

Aduelas protendidas externamente utilizadas em pontes contrastam com as clássicas construções monolíticas, consistindo de “pequenos” segmentos pré-moldados protendidos por cordoalhas externas. Há muitas vantagens na utilização deste tipo de composição, como rapidez e versatilidade na construção, alto controle de qualidade e economia. No presente trabalho, discute-se uma formulação, baseada no método dos elementos finitos, para simular o comportamento de estruturas compostas por aduelas externamente protendidas. Esta formulação permite tanto a análise de situações de serviço, onde as seções permanecem completamente comprimidas, como também de situações últimas, onde se considera a abertura das juntas e a transferência de esforços através das mesmas. O modelo computacional utiliza dois procedimentos distintos, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, determina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo, considerando-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelástico. No segundo, busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplástico. As juntas entre as aduelas são representadas através de elementos de contato unidimensionais. Os nós de cada elemento de contato coincidem com os nós do elemento de concreto que a ele foi associado.Um modelo de camadas superpostas é utilizado para representar o comportamento viscoelástico do concreto e da armadura protendida Para representar o concreto fissurado, utiliza-se um modelo de fissuras distribuídas, que leva em conta a contribuição do concreto entre fissuras. A armadura passiva é introduzida na análise através de um modelo incorporado e a armadura de protensão não aderente é disposta em elementos fictícios, paralelos aos elementos reais da estrutura. Para verificar a adequação do modelo computacional, compararam-se resultados numéricos com valores experimentais disponíveis na literatura.

Estudo de um modelo convectivo-difusivo-reativo em combustão no método de elementos finitos

Neste trabalho, apresenta-se um estudo numérico de um modelo convectivo-difusivo-reativo em combustão baseado no Método de Elementos Finitos. Primeiramente, apresenta-se o desenvolvimento das equações de balanço (quantidade de movimento, massa, espécie e energia) que modelam um processo de mistura molecular e reação química, irreversível, de passo único e exotérmica entre duas espécies químicas F (Combustível) e O (Oxidante). Tais espécies reagem e formam um produto P, conforme vFF +vOO ! vPP + calor, onde vF , vO e vP são os coeficientes estequiométricos molares. No modelo, considera-se que a reação é de primeira ordem com respeito a cada um dos reagentes e que a taxa de reação específica segue a cinética de Arrhenius. Em seguida, o modelo é estudado numericamente considerando-se um domínio retangular e condições de contorno do tipo Neumann. Tanto a Técnica das Diferenças Finitas como a Técnica de Elementos Finitos são utilizadas na discretização espacial das equações do modelo. Para a integração no tempo, utiliza-se a método de Runge-Kutta simplificado de três estágios. Os diferentes códigos computacionais obtidos, tanto pela Técnica de Diferenças Finitas como de Elementos Finitos, são comparados frente ao problema de interesse. Observa-se que ambas as técnicas apresentam resultados equivalentes. Além disso, os códigos desenvolvidos são robustos (capazes de lidar com vários conjuntos de parâmetros), de baixo custo e precisos. Por fim, apresenta-se uma revisão do trabalho de Zavaleta [48], no qual obtem-se uma estimativa local do erro na aproximação do problema estudado pela Técnica de Elementos Finitos.

Análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados usando elementos finitos hexaédricos de oito nós com integração reduzida

Neste trabalho implementou-se o elemento hexaédrico com um ponto de integração para análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento está livre de travamento volumétrico e travamento de cisalhamento, não apresentando modos espúrios. São também incluídos problemas com não-linearidade geométrica A matriz de rigidez e de massa são dadas de forma explícita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na análise não-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformações são referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumétrico é também eliminado, já que a parte dilatacional (esférica) da matriz gradiente é avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a solução das equações de equilíbrio na análise estática, utilizam-se um método direto baseado na eliminação de Gauss ou um método iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado através da eliminação incompleta de Choleski. Para a análise dinâmica, as equações de equilíbrio são integradas através do método explícito ou implícito de Taylor-Galerkin ou do método implícito de Newmark. Para análise não-linear utiliza-se o Método Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Através de exemplos numéricos demonstra-se a eficiência e o potencial do elemento tridimensional na análise linear e não-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados são comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.

Eficiência de diferentes ramais de pulverização e volumes de calda no controle de Brevipalpus phoenicis na cultura do café

Efficiency of different spraying lances and spraying volumes on the control of Brevipalpus phoenicis in coffee crops. The mite Brevipalpus phoenicis is found on coffee plantations in Brazil since the 1950's. Responsible for indirect losses due to its role as vector of a virus disease, this mite species often requires control measures, the most common based on mitecide spraying. It was evaluated the mortality of B. phoenicis due the coverage of spraying liquid applied on coffee plants, with two types of lances used in air assisted sprayers and four spraying. volumes. Treatments were applied with mitecide abamectin (Vertimec 18 CE (R) at 0.4 L per hectare), in volumes of 250, 400, 550 and 700 L per hectare, with two types of lances for the nozzles. The control efficiency against B. phoenicis, deposition and coverage by spray liquid on coffee plants was evaluated. Experimental delineation was in randomized blocks, with eight treatments plus a check plot in four replications. The statistical analysis was carried in a factorial scheme 2x4+1. No significant differences in the number of mites were found between treatments. As regards spraying liquid deposition, it was observed an increment with increasing spraying volumes, with the plant tops showing the best deposition of spraying liquid. The duplication of the lances (nozzle branches) resulted in a significant increase in control efficiency for B. phoenicis compared with conventional branch and with check plot, without dependence of spraying volume.

Avaliação de volumes de calda proporcionados por diferentes pontas de pulverização no controle de Tuta absoluta (Meirick, 1917) (Lepidoptera: Gelechiidae) em tomate rasteiro

O objetivo deste trabalho foi avaliar o controle da traça-do-tomateiro em função dos volumes de aplicação. O levantamento da infestação da praga foi realizado avaliando-se o número de lagartas e de lesões com e sem lagarta viva e o número de ovos em folhas e frutos. Os tratamentos realizados foram o inseticida chlorfluazuron na dosagem de 80 mL p.c. 100 L-1, aplicado com as pontas: TJ6011002, TJ6011004, TX04VK e TX12VK cada uma utilizando, respectivamente, o volume de calda de: 200, 600, 200 e 600 L ha-1; e o pulverizador costal motorizado (100 L ha-1); todos com e sem o adjuvante polioxietileno alquil fenol éter (1 mL 10 L-1 de água) e mais uma testemunha. Verificou-se que os tratamentos com e sem adjuvantes não diferiram entre si. Porém, houve diferença entre os volumes utilizados, sendo menor a ocorrência de lesões nas parcelas tratadas com o volume de 600 L ha-1 . Houve também diferença em relação ao uso do adjuvante para o volume de 200 L ha-1 , sendo que o número de ovos foi superior sem a sua utilização. Neste trabalho, foi observada a importância do monitoramento no controle de pragas.

Development of seedlings of red pitaya (Hylocereus undatus Haw) in different substrate volumes

Com a procura cada vez maior de alternativas por parte dos produtores rurais e de frutas exóticas pelos consumidores, o mercado de frutíferas tem crescido consideravelmente. Neste contexto, a pitaya vem sendo procurada não apenas pelo exotismo de sua aparência, como também por suas características organoléticas. O presente trabalho foi realizado objetivando avaliar a influência do volume de substrato no desenvolvimento de mudas de pitaya vermelha, utilizando-se bandejas de poliestireno expandido com diferentes volumes de células: 10, 15, 30 e 65 mL. As avaliações, realizadas aos 90 dias, foram quanto: porcentagem de sobrevivência; ao número e altura dos cladódios (cm), ao comprimento da maior raiz (cm); às massas fresca e seca dos cladódios e das raízes (gramas). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado. Os dados de porcentagem de sobrevivência foram transformados em arc sen para fins de análise estatística e as médias comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade. A sobrevivência e o desenvolvimento vegetativo das mudas de pitaya vermelha através de sementes foram diretamente proporcionais ao volume de substrato usado no experimento. Para formação de mudas de pitaya vermelha através de sementes é recomendado o uso de containeres com capacidade de 65 mL.

Análise de estruturas de superfície delgadas axissimétricas via método dos elementos finitos com utilização de elemento retilíneo

The present work deals with the linear analysis of bi-dimensional axisymmetric structures, through development and implementation of a Finite Element Method code. The structures are initially studied alone and afterwards compatibilized into coupled structures, that is, assemblages, including tanks and pressure vessels. Examples are analysed and, in order to prove accuracy, the results were compared with those furnished by the analytical solutions

Análise não-linear de treliças pelo método dos elementos finitos posicional

This work presents the positional nonlinear geometric formulation for trusses using different strain measures. The positional formulation presents an alternative approach for nonlinear problems. This formulation considers nodal positions as variables of the nonlinear system instead of displacements (widely found in literature). The work also describes the arc-length method used for tracing equilibrium paths with snap-through and snap-back. Numerical applications for trusses already established in the literature and comparisons with other studies are provided to prove the accuracy of the proposed formulation

Assistência de ar e volumes de aplicação na deposição de calda e no controle do arroz vermelho (Oryza sativa L.)

O trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da assistência de ar junto à barra pulverizadora e de três volumes de pulverização na dessecação e deposição da calda em arroz vermelho, sob cultivo de nabo forrageiro, em áreas de recuperação de várzeas, utilizando o herbicida paraquat e o corante Azul Brilhante, respectivamente. Os volumes de pulverização foram 100; 200 e 300 L ha-1 da solução aquosa, contendo corante alimentício (1.500 mg L-1). Com ou sem a assistência de ar junto à barra, foram utilizadas pontas de pulverização de jato plano tipo AXI 110015 à pressão de 117,3 kPa, AXI 11002 e AXI 11003 a 276 kPa. A avaliação da deposição da pulverização deu-se em folhas de plantas de arroz vermelho. Os maiores volumes (200 e 300 L ha-1) pulverizados com a assistência de ar junto à barra pulverizadora proporcionaram maiores depósitos do corante em relação ao volume de 100 L ha-1. Não foram constatadas diferenças na deposição do corante para os volumes pulverizados, sem a assistência de ar junto à barra, tampouco entre os volumes de 200 e 300 L ha-1 com a assistência de ar junto à barra. As maiores percentagens de controle do arroz vermelho foram obtidas com a assistência de ar junto à barra, independentemente do volume pulverizado, equivalendo-se ao controle obtido com 300 L ha-1, sem o uso dessa tecnologia.

Produção de pepino em função da idade das mudas produzidas em recipientes com diferentes volumes de substrato

Estudou-se o efeito do volume de substrato e da idade das mudas na produção de pepino japonês 'Hokuho' sob ambiente protegido na área experimental da UNESP, de março a julho/2000. Os tratamentos consistiram em dois volumes de substrato (34,6 e 121,2 cm³ em bandeja de poliestireno expandido) e quatro idades das mudas (19; 24; 29 e 34 dias após a semeadura). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com cinco repetições e cinco plantas por parcela. Foram avaliados no dia do transplante o número de folhas, área foliar, comprimento, massa fresca e seca da parte aérea das mudas e, após o transplante, a produção precoce (porcentagem da produção nos primeiros 20 dias de colheita), produção de frutos (número e massa) e produção comercial (número e massa). Nas condições deste experimento, obteve-se maior precocidade com mudas de pepino produzidas em maior volume de substrato. Porém, a produção de frutos não apresentou diferença estatística quando utilizou-se mudas de pepino com menos de duas folhas produzidas em menor volume de substrato. A produção comercial foi superior com mudas produzidas em bandejas com maior volume de substrato. A idade não influenciou a produção comercial de frutos em mudas produzidas em volume de substrato maior, porém, quanto mais velhas as mudas produzidas em recipientes com menor volume de substrato, menor a produção destas plantas.