Flow Visualization with Quantified Spatial and Temporal Errors Using Edge Maps

Robust analysis of vector fields has been established as an important tool for deriving insights from the complex systems these fields model. Traditional analysis and visualization techniques rely primarily on computing streamlines through numerical integration. The inherent numerical errors of such approaches are usually ignored, leading to inconsistencies that cause unreliable visualizations and can ultimately prevent in-depth analysis. We propose a new representation for vector fields on surfaces that replaces numerical integration through triangles with maps from the triangle boundaries to themselves. This representation, called edge maps, permits a concise description of flow behaviors and is equivalent to computing all possible streamlines at a user defined error threshold. Independent of this error streamlines computed using edge maps are guaranteed to be consistent up to floating point precision, enabling the stable extraction of features such as the topological skeleton. Furthermore, our representation explicitly stores spatial and temporal errors which we use to produce more informative visualizations. This work describes the construction of edge maps, the error quantification, and a refinement procedure to adhere to a user defined error bound. Finally, we introduce new visualizations using the additional information provided by edge maps to indicate the uncertainty involved in computing streamlines and topological structures.

Tests of one Brazilian facial reconstruction method using three soft tissue depth sets and familiar assessors

Facial reconstruction is a method that seeks to recreate a person's facial appearance from his/her skull. This technique can be the last resource used in a forensic investigation, when identification techniques such as DNA analysis, dental records, fingerprints and radiographic comparison cannot be used to identify a body or skeletal remains. To perform facial reconstruction, the data of facial soft tissue thickness are necessary. Scientific literature has described differences in the thickness of facial soft tissue between ethnic groups. There are different databases of soft tissue thickness published in the scientific literature. There are no literature records of facial reconstruction works carried out with data of soft tissues obtained from samples of Brazilian subjects. There are also no reports of digital forensic facial reconstruction performed in Brazil. There are two databases of soft tissue thickness published for the Brazilian population: one obtained from measurements performed in fresh cadavers (fresh cadavers' pattern), and another from measurements using magnetic resonance imaging (Magnetic Resonance pattern). This study aims to perform three different characterized digital forensic facial reconstructions (with hair, eyelashes and eyebrows) of a Brazilian subject (based on an international pattern and two Brazilian patterns for soft facial tissue thickness), and evaluate the digital forensic facial reconstructions comparing them to photos of the individual and other nine subjects. The DICOM data of the Computed Tomography (CT) donated by a volunteer were converted into stereolitography (STL) files and used for the creation of the digital facial reconstructions. Once the three reconstructions were performed, they were compared to photographs of the subject who had the face reconstructed and nine other subjects. Thirty examiners participated in this recognition process. The target subject was recognized by 26.67% of the examiners in the reconstruction performed with the Brazilian Magnetic Resonance Pattern, 23.33% in the reconstruction performed with the Brazilian Fresh Cadavers Pattern and 20.00% in the reconstruction performed with the International Pattern, in which the target-subject was the most recognized subject in the first two patterns. The rate of correct recognitions of the target subject indicate that the digital forensic facial reconstruction, conducted with parameters used in this study, may be a useful tool. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Semi-supervised dimensionality reduction based on partial least squares for visual analysis of high dimensional data

Dimensionality reduction is employed for visual data analysis as a way to obtaining reduced spaces for high dimensional data or to mapping data directly into 2D or 3D spaces. Although techniques have evolved to improve data segregation on reduced or visual spaces, they have limited capabilities for adjusting the results according to user's knowledge. In this paper, we propose a novel approach to handling both dimensionality reduction and visualization of high dimensional data, taking into account user's input. It employs Partial Least Squares (PLS), a statistical tool to perform retrieval of latent spaces focusing on the discriminability of the data. The method employs a training set for building a highly precise model that can then be applied to a much larger data set very effectively. The reduced data set can be exhibited using various existing visualization techniques. The training data is important to code user's knowledge into the loop. However, this work also devises a strategy for calculating PLS reduced spaces when no training data is available. The approach produces increasingly precise visual mappings as the user feeds back his or her knowledge and is capable of working with small and unbalanced training sets.

Un metodo multilivello per la semplificazione di mesh poligonali da scanner 3D

L'algoritmo di semplificazione proposto in questa tesi agisce in modo iterativo su due livelli, in una prima fase alla mesh viene applicato un operatore di smoothing e alla mesh così elaborata viene poi applicata la decimazione. L'alternanza di questi due operatori permette di avere mesh semplificate che mantengono però una qualità maggiore rispetto al risultato che si avrebbe invece applicando solo la decimazione. A partire da una mesh ad alta risoluzione, ad ogni iterazione viene quindi creata una mesh con una risoluzione inferiore fino all'ultima iterazione che produce la mesh coarse (a bassa risoluzione) desiderata. Si viene quindi a creare una struttura di semplificazione multilivello, utile in molte applicazioni di computer graphics.

Modellazione Tridimensionale del Processo di Combustione di un Razzo a Propellente Solido

La regolazione dei sistemi di propulsione a razzo a propellente solido (Solid Rocket Motors) ha da sempre rappresentato una delle principali problematiche legate a questa tipologia di motori. L’assenza di un qualsiasi genere di controllo diretto del processo di combustione del grano solido, fa si che la previsione della balistica interna rappresenti da sempre il principale strumento utilizzato sia per definire in fase di progetto la configurazione ottimale del motore, sia per analizzare le eventuali anomalie riscontrate in ambito sperimentale. Variazioni locali nella struttura del propellente, difettosità interne o eterogeneità nelle condizioni di camera posso dare origine ad alterazioni del rateo locale di combustione del propellente e conseguentemente a profili di pressione e di spinta sperimentali differenti da quelli previsti per via teorica. Molti dei codici attualmente in uso offrono un approccio piuttosto semplificato al problema, facendo per lo più ricorso a fattori correttivi (fattori HUMP) semi-empirici, senza tuttavia andare a ricostruire in maniera più realistica le eterogeneità di prestazione del propellente. Questo lavoro di tesi vuole dunque proporre un nuovo approccio alla previsione numerica delle prestazioni dei sistemi a propellente solido, attraverso la realizzazione di un nuovo codice di simulazione, denominato ROBOOST (ROcket BOOst Simulation Tool). Richiamando concetti e techiche proprie della Computer Grafica, questo nuovo codice è in grado di ricostruire in processo di regressione superficiale del grano in maniera puntuale, attraverso l’utilizzo di una mesh triangolare mobile. Variazioni locali del rateo di combustione posso quindi essere facilmente riprodotte ed il calcolo della balistica interna avviene mediante l’accoppiamento di un modello 0D non-stazionario e di uno 1D quasi-stazionario. L’attività è stata svolta in collaborazione con l’azienda Avio Space Division e il nuovo codice è stato implementato con successo sul motore Zefiro 9.

Integrazione di elementi sintetici in scene reali mediante Photoshop 3d e Maya

Lo scopo di questa tesi è dimostrare che è possibile integrare elementi sintetici in scene reali, producendo rendering realistici, avvalendosi di software come Autodesk Maya e Adobe Photoshop. Il progetto, infatti, consiste nella realizzazione di cinque immagini ottenute assemblando in fotografie reali, oggetti 3D, generati usando il software di modellazione Maya, con l’obiettivo di produrre immagini finali altamente fotorealistiche, per cui l’osservatore non riesce a distinguere se l’immagine è reale o sintetica.

Realizzazione di una visita interattiva del Museo Civico di Galeata (FC) tramite Maya e Unity 3d

Questa tesi è stata realizzata con l’obiettivo di fornire un metodo alternativo e innovativo per la divulgazione e l’apprendimento della storia, mediante la realizzazione di una visita virtuale al Museo Civico Mambrini di Galeata (FC), ottenuta facendo uso della Computer Grafica. La scelta del Museo Civico Mambrini di Galeata è stata dettata dalla possibilità di valorizzare il patrimonio storico-culturale di una vallata, quella del fiume Bidente, che dispone di una grande quantità di siti archeologici e edifici dalla grande importanza storica.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati su realta aumentata mobile: Un caso di studio, con approfondimento relativo al livello della cooperazione

Dall'inizio del nuovo millennio lo sviluppo di tecnologie nel campo del mobile computing, della rete internet, lo sviluppo dell'Internet of things e pure il cloud computing hanno reso possibile l'innovazione dei metodi di lavoro e collaborazione. L'evoluzione del mobile computing e della realtà aumentata che sta avvenendo in tempi più recenti apre potenzialmente nuovi orizzonti nello sviluppo di sistemi distribuiti collaborativi. Esistono oggi diversi framework a supporto della realtà aumentata, Wikitude, Metaio, Layar, ma l'interesse primario di queste librerie è quello di fornire una serie di API fondamentali per il rendering di immagini 3D attraverso i dispositivi, per lo studio dello spazio in cui inserire queste immagini e per il riconoscimento di marker. Questo tipo di funzionalità sono state un grande passo per quanto riguarda la Computer Graphics e la realtà aumentata chiaramente, però aprono la strada ad una Augmented Reality(AR) ancora più aumentata. Questa tesi si propone proprio di presentare l'ideazione, l'analisi, la progettazione e la prototipazione di un sistema distribuito situato a supporto della collaborazione basato su realtà aumentata. Lo studio di questa applicazione vuole mettere in luce molti aspetti innovativi e che ancora oggi non sono stati approfonditi né tanto meno sviluppati come API o forniti da librerie riguardo alla realtà aumentata e alle sue possibili applicazioni.

Superfici di suddivisione: teoria, algoritmi ed applicazioni

Le superfici di suddivisione sono un ottimo ed importante strumento utilizzato principalmente nell’ambito dell’animazione 3D poichè consentono di definire superfici di forma arbitraria. Questa tecnologia estende il concetto di B-spline e permette di avere un’estrema libertà dei vincoli topologici. Per definire superfici di forma arbitraria esistono anche le Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) ma non lasciano abbastanza libertà per la costruzione di forme libere. Infatti, a differenza delle superfici di suddivisione, hanno bisogno di unire vari pezzi della superficie (trimming). La tecnologia NURBS quindi viene utilizzata prevalentemente negli ambienti CAD mentre nell’ambito della Computer Graphics si è diffuso ormai da più di 30 anni, l’utilizzo delle superfici di suddivisione. Lo scopo di questa tesi è quello di riassumere, quindi, i concetti riguardo questa tecnologia, di analizzare alcuni degli schemi di suddivisione più utilizzati e parlare brevemente di come questi schemi ed algoritmi vengono utilizzati nella realt`a per l’animazione 3D.