Paralelização do algoritmo FDK para reconstrução 3D de imagens tomográficas usando unidades gráficas de processamento e CUDA-C

A obtenção de imagens usando tomografia computadorizada revolucionou o diagnóstico de doenças na medicina e é usada amplamente em diferentes áreas da pesquisa científica. Como parte do processo de obtenção das imagens tomográficas tridimensionais um conjunto de radiografias são processadas por um algoritmo computacional, o mais usado atualmente é o algoritmo de Feldkamp, David e Kress (FDK). Os usos do processamento paralelo para acelerar os cálculos em algoritmos computacionais usando as diferentes tecnologias disponíveis no mercado têm mostrado sua utilidade para diminuir os tempos de processamento. No presente trabalho é apresentada a paralelização do algoritmo de reconstrução de imagens tridimensionais FDK usando unidades gráficas de processamento (GPU) e a linguagem CUDA-C. São apresentadas as GPUs como uma opção viável para executar computação paralela e abordados os conceitos introdutórios associados à tomografia computadorizada, GPUs, CUDA-C e processamento paralelo. A versão paralela do algoritmo FDK executada na GPU é comparada com uma versão serial do mesmo, mostrando maior velocidade de processamento. Os testes de desempenho foram feitos em duas GPUs de diferentes capacidades: a placa NVIDIA GeForce 9400GT (16 núcleos) e a placa NVIDIA Quadro 2000 (192 núcleos).

Automatic 3d free form shape matching using the graduated assignment algorithm.

Liu, Yonghuai. Automatic 3d free form shape matching using the graduated assignment algorithm. Pattern Recognition, vol. 38, no. 10, pp. 1615-1631, 2005.

tCAD: a 3D modeling application on a depth enhanced tabletop computer

Tabletop computers featuring multi-touch input and object tracking are a common platform for research on Tangible User Interfaces (also known as Tangible Interaction). However, such systems are confined to sensing activity on the tabletop surface, disregarding the rich and relatively unexplored interaction canvas above the tabletop. This dissertation contributes with tCAD, a 3D modeling tool combining fiducial marker tracking, finger tracking and depth sensing in a single system. This dissertation presents the technical details of how these features were integrated, attesting to its viability through the design, development and early evaluation of the tCAD application. A key aspect of this work is a description of the interaction techniques enabled by merging tracked objects with direct user input on and above a table surface.

Tilted and Short Implants Supporting Fixed Prosthesis in an Atrophic Maxilla: A 3D-FEA Biomechanical Evaluation

Purpose: This study compared the biomechanical behavior of tilted long implant and vertical short implants to support fixed prosthesis in an atrophic maxilla. Materials and Methods: The maxilla model was built based on a tomographic image of the patient. Implant models were based on micro-computer tomography imaging of implants. The different configurations considered were M4S, four vertical anterior implants; M4T, two mesial vertical implants and two distal tilted (45°) implants in the anterior region of the maxilla; and M6S, four vertical anterior implants and two vertical posterior implants. Numerical simulation was carried out under bilateral 150N loads applied in the cantilever region in axial (L1) and oblique (45°) (L2) direction. Bone was analyzed using the maximum and minimum principal stress (σmax and σmin), and von Mises stress (σvM) assessments. Implants were analyzed using the σvM. Results: The higher σmax was observed at: M4T, followed by M6S/L1, M6S/L2, M4S/L2, and M4S/L1 and the higher σvM: M4T/L1, M4T/L2 and M4S/L2, M6S/L2, M4S/L1, and M6S/L1. Conclusions: The presence of distal tilted (all-on-four) and distal short implants (all-on-six) resulted in higher stresses in both situations in the maxillary bone in comparison to the presence of vertical implants (all-on-four). © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Analog circuit synthesis performing fast Pareto frontier exploration and analysis through 3D graphs

This paper presents a technique for performing analog design synthesis at circuit level providing feedback to the designer through the exploration of the Pareto frontier. A modified simulated annealing which is able to perform crossover with past anchor points when a local minimum is found which is used as the optimization algorithm on the initial synthesis procedure. After all specifications are met, the algorithm searches for the extreme points of the Pareto frontier in order to obtain a non-exhaustive exploration of the Pareto front. Finally, multi-objective particle swarm optimization is used to spread the results and to find a more accurate frontier. Piecewise linear functions are used as single-objective cost functions to produce a smooth and equal convergence of all measurements to the desired specifications during the composition of the aggregate objective function. To verify the presented technique two circuits were designed, which are: a Miller amplifier with 96 dB Voltage gain, 15.48 MHz unity gain frequency, slew rate of 19.2 V/mu s with a current supply of 385.15 mu A, and a complementary folded cascode with 104.25 dB Voltage gain, 18.15 MHz of unity gain frequency and a slew rate of 13.370 MV/mu s. These circuits were synthesized using a 0.35 mu m technology. The results show that the method provides a fast approach for good solutions using the modified SA and further good Pareto front exploration through its connection to the particle swarm optimization algorithm.

OGRE: analisi di un motore grafico 3D

In questa tesi descriveremo e analizzeremo il motore grafico OGRE, acronimo di Object-Oriented Graphics Rendering Engine. La scelta di analizzare proprio questo motore grafico è legata a diverse considerazioni. Innanzitutto, OGRE è rilasciato con licenza open source e quindi rende disponibile il suo codice sorgente. Questo è molto importante, in un contesto di studio e sperimentazione come quello universitario, perché permette di comprendere e analizzare anche il funzionamento interno del motore grafico. Inoltre, OGRE è un progetto maturo e stabile con una vasta comunità di sviluppatori e utilizzatori alle spalle. Esiste molta documentazione a riguardo, tra wiki, libri e manuali, e un forum molto attivo per la richiesta di aiuto e consigli. A conferma, sia della bontà del progetto che delle ottime prestazioni del motore grafico, basta dire che OGRE è utilizzato anche da applicazioni commerciali, come videogame, editor 3D e simulatori. Infine, la caratteristica che contraddistingue OGRE da tutti gli altri motori grafici è il fatto di essere "solamente" un motore di rendering puro. Ciò significa che qualsiasi funzionalità non direttamente legata al rendering, come ad esempio la gestione degli input dell'utente, non è supportata da OGRE. Anche se questo può sembrare un difetto, in realtà ciò permetterà di concentrarci solamente sugli aspetti legati al rendering che, in un motore grafico, costituiscono la parte fondamentale.

Individuazione di punti salienti in dati 3D mediante rappresentazioni strutturate

Questa tesi si inserisce nel filone di ricerca dell'elaborazione di dati 3D, e in particolare nella 3D Object Recognition, e delinea in primo luogo una panoramica sulle principali rappresentazioni strutturate di dati 3D, le quali rappresentano una prerogativa necessaria per implementare in modo efficiente algoritmi di processing di dati 3D, per poi presentare un nuovo algoritmo di 3D Keypoint Detection che è stato sviluppato e proposto dal Computer Vision Laboratory dell'Università di Bologna presso il quale ho effettuato la mia attività di tesi.

Game programming: Grafica 3d

Tesi riguardante la creazione di tutte le risorse grafiche necessarie ad un videogioco tridimensionale in prima persona con Blender e Unity3D. Gli argomenti trattati sono: prgettazione, 3D modeling, texturing e shading.

Disegno e sviluppo di scenari di simulazione in 3D per l'addestramento dei controllori del traffico aereo

In questo elaborato verrà illustrato il processo di realizzazione degli scenari tridimensionali utilizzati nell’addestramento dei Controllori del Traffico Aereo di aeroporto. Verrà esposto nel dettaglio il processo di modellazione al computer di scenari compatibili con il sistema Adacel™ MaxSim® attualmente utilizzato nei simulatori di ENAV Academy; verranno inoltre analizzati e descritti i processi decisionali che si affrontano prima e durante le diverse fasi di realizzazione dello scenario. Nell’illustrare i processi e le metodologie si farà riferimento all’esperienza acquisita durante la collaborazione con il team di ENAV per la realizzazione di modelli e scenari tridimensionali. In particolare, si farà riferimento allo scenario dell’Aeroporto di Ciampino in una fase di addestramento resa necessaria dal delicato passaggio dalla gestione militare alla gestione civile.

3D Face Reconstruction from 2D Pictures: First Results of a Web-Based Computer Aided System for Aesthetic Procedures

The human face is a vital component of our identity and many people undergo medical aesthetics procedures in order to achieve an ideal or desired look. However, communication between physician and patient is fundamental to understand the patient’s wishes and to achieve the desired results. To date, most plastic surgeons rely on either “free hand” 2D drawings on picture printouts or computerized picture morphing. Alternatively, hardware dependent solutions allow facial shapes to be created and planned in 3D, but they are usually expensive or complex to handle. To offer a simple and hardware independent solution, we propose a web-based application that uses 3 standard 2D pictures to create a 3D representation of the patient’s face on which facial aesthetic procedures such as filling, skin clearing or rejuvenation, and rhinoplasty are planned in 3D. The proposed application couples a set of well-established methods together in a novel manner to optimize 3D reconstructions for clinical use. Face reconstructions performed with the application were evaluated by two plastic surgeons and also compared to ground truth data. Results showed the application can provide accurate 3D face representations to be used in clinics (within an average of 2 mm error) in less than 5 min.