Efficient parallel proximity queries and an application to highly complex motion planning problems with many narrow passages

In vielen Bereichen der industriellen Fertigung, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie, wer- den digitale Versuchsmodelle (sog. digital mock-ups) eingesetzt, um die Entwicklung komplexer Maschinen m ̈oglichst gut durch Computersysteme unterstu ̈tzen zu k ̈onnen. Hierbei spielen Be- wegungsplanungsalgorithmen eine wichtige Rolle, um zu gew ̈ahrleisten, dass diese digitalen Pro- totypen auch kollisionsfrei zusammengesetzt werden k ̈onnen. In den letzten Jahrzehnten haben sich hier sampling-basierte Verfahren besonders bew ̈ahrt. Diese erzeugen eine große Anzahl von zuf ̈alligen Lagen fu ̈r das ein-/auszubauende Objekt und verwenden einen Kollisionserken- nungsmechanismus, um die einzelnen Lagen auf Gu ̈ltigkeit zu u ̈berpru ̈fen. Daher spielt die Kollisionserkennung eine wesentliche Rolle beim Design effizienter Bewegungsplanungsalgorith- men. Eine Schwierigkeit fu ̈r diese Klasse von Planern stellen sogenannte “narrow passages” dar, schmale Passagen also, die immer dort auftreten, wo die Bewegungsfreiheit der zu planenden Objekte stark eingeschr ̈ankt ist. An solchen Stellen kann es schwierig sein, eine ausreichende Anzahl von kollisionsfreien Samples zu finden. Es ist dann m ̈oglicherweise n ̈otig, ausgeklu ̈geltere Techniken einzusetzen, um eine gute Performance der Algorithmen zu erreichen.rnDie vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile: Im ersten Teil untersuchen wir parallele Kollisionserkennungsalgorithmen. Da wir auf eine Anwendung bei sampling-basierten Bewe- gungsplanern abzielen, w ̈ahlen wir hier eine Problemstellung, bei der wir stets die selben zwei Objekte, aber in einer großen Anzahl von unterschiedlichen Lagen auf Kollision testen. Wir im- plementieren und vergleichen verschiedene Verfahren, die auf Hu ̈llk ̈operhierarchien (BVHs) und hierarchische Grids als Beschleunigungsstrukturen zuru ̈ckgreifen. Alle beschriebenen Verfahren wurden auf mehreren CPU-Kernen parallelisiert. Daru ̈ber hinaus vergleichen wir verschiedene CUDA Kernels zur Durchfu ̈hrung BVH-basierter Kollisionstests auf der GPU. Neben einer un- terschiedlichen Verteilung der Arbeit auf die parallelen GPU Threads untersuchen wir hier die Auswirkung verschiedener Speicherzugriffsmuster auf die Performance der resultierenden Algo- rithmen. Weiter stellen wir eine Reihe von approximativen Kollisionstests vor, die auf den beschriebenen Verfahren basieren. Wenn eine geringere Genauigkeit der Tests tolerierbar ist, kann so eine weitere Verbesserung der Performance erzielt werden.rnIm zweiten Teil der Arbeit beschreiben wir einen von uns entworfenen parallelen, sampling- basierten Bewegungsplaner zur Behandlung hochkomplexer Probleme mit mehreren “narrow passages”. Das Verfahren arbeitet in zwei Phasen. Die grundlegende Idee ist hierbei, in der er- sten Planungsphase konzeptionell kleinere Fehler zuzulassen, um die Planungseffizienz zu erh ̈ohen und den resultierenden Pfad dann in einer zweiten Phase zu reparieren. Der hierzu in Phase I eingesetzte Planer basiert auf sogenannten Expansive Space Trees. Zus ̈atzlich haben wir den Planer mit einer Freidru ̈ckoperation ausgestattet, die es erlaubt, kleinere Kollisionen aufzul ̈osen und so die Effizienz in Bereichen mit eingeschr ̈ankter Bewegungsfreiheit zu erh ̈ohen. Optional erlaubt unsere Implementierung den Einsatz von approximativen Kollisionstests. Dies setzt die Genauigkeit der ersten Planungsphase weiter herab, fu ̈hrt aber auch zu einer weiteren Perfor- mancesteigerung. Die aus Phase I resultierenden Bewegungspfade sind dann unter Umst ̈anden nicht komplett kollisionsfrei. Um diese Pfade zu reparieren, haben wir einen neuartigen Pla- nungsalgorithmus entworfen, der lokal beschr ̈ankt auf eine kleine Umgebung um den bestehenden Pfad einen neuen, kollisionsfreien Bewegungspfad plant.rnWir haben den beschriebenen Algorithmus mit einer Klasse von neuen, schwierigen Metall- Puzzlen getestet, die zum Teil mehrere “narrow passages” aufweisen. Unseres Wissens nach ist eine Sammlung vergleichbar komplexer Benchmarks nicht ̈offentlich zug ̈anglich und wir fan- den auch keine Beschreibung von vergleichbar komplexen Benchmarks in der Motion-Planning Literatur.

Importância do enceramento de diagnóstico no plano de tratamento

Objetivos: Esta revisão bibliográfica foi elaborada com o intuito de clarificar os objetivos e aplicações do enceramento diagnóstico, nomeadamente na estética do sorriso; mencionar os fatores estéticos do sorriso bem como os princípios de design do mesmo, como objetivo a incluir no enceramento de diagnóstico e a atingir no resultado final do tratamento; abordar o conceito de planeamento digital do sorriso e abordar a importância da comunicação do médico-dentista/técnico de prótese/paciente e discutir os contributos que o enceramento diagnóstico pode aportar para esta relação entre profissionais e paciente. Material e métodos: Para a realização desta monografia, a fundamentação teórica baseou-se em 15 artigos científicos, publicados nas bases de dados PubMed, Scielo, Science Direct e B-on, com limite temporal entre 1998-2016, obtidos através das seguintes palavras-chave: “diagnostic wax-up”, “enceramento diagnóstico”, “esthetic smile design”, “smile design”, “esthetic dentistry”, “macroesthetic AND smile”, “patient-dentist communication”, “wax-up AND mock-up”, “treatment plan AND diagnostic wax-up”. A pesquisa bibliográfica foi ainda complementada com informações de alguns artigos de autores que foram mencionados nos artigos conseguidos, dada a dificuldade de acesso a alguns. Resultados/Conclusões: Em termos gerais, pode concluir-se através desta revisão de literatura que o enceramento de diagnóstico é essencial no plano de tratamento, porque aumenta a probabilidade da sua aceitação. É também um meio de obtenção de uma comunicação médico dentista/técnico de laboratório/paciente mais clara, precisa e eficaz. O paciente deve envolver-se desde cedo no seu plano de tratamento, dando o seu contributo através da transmissão dos seus desejos e necessidades. O enceramento de diagnóstico possui inúmeras aplicações na medicina dentária, sendo crucial para o design do sorriso. O design do sorriso envolve diversos parâmetros e encontra-se dividido em diferentes áreas (estética facial, estética periodontal e estética dentária), contendo nessas mesmas áreas conceitos variados a ter em conta. A estética do sorriso depende da interação de todas as áreas que envolvem o design do sorriso.

Real-time Computer Simulation of Three Dimensional Elastostatics using the Finite Point Method

Real-time simulation of deformable solids is essential for some applications such as biological organ simulations for surgical simulators. In this work, deformable solids are approximated to be linear elastic, and an easy and straight forward numerical technique, the Finite Point Method (FPM), is used to model three dimensional linear elastostatics. Graphics Processing Unit (GPU) is used to accelerate computations. Results show that the Finite Point Method, together with GPU, can compute three dimensional linear elastostatic responses of solids at rates suitable for real-time graphics, for solids represented by reasonable number of points.

Real-time Computer Simulation of Three Dimensional Elastostatics using the Finite Point Method

Real-time simulation of deformable solids is essential for some applications such as biological organ simulations for surgical simulators. In this work, deformable solids are approximated to be linear elastic, and an easy and straight forward numerical technique, the Finite Point Method (FPM), is used to model three dimensional linear elastostatics. Graphics Processing Unit (GPU) is used to accelerate computations. Results show that the Finite Point Method, together with GPU, can compute three dimensional linear elastostatic responses of solids at rates suitable for real-time graphics, for solids represented by reasonable number of points.

Desenvolvimento de uma arquitetura reconfigurável para o processamento de modelos no ambiente ABACUS

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de framework para análise e simulação dinâmica de sistemas elétricos de potência

Esta tese apresenta uma metodologia flexível orientada a objetos (OO) para a aplicação no projeto e implementação de sistemas de software utilizados na realização de estudos dinâmicos de sistemas elétricos de grande porte. A metodologia OO proposta objetiva tornar mais simples o desenvolvimento, a atualização e a manutenção de complexos sistemas de software para estudos de transitórios eletromecânicos em sistemas elétricos de potência. Os requisitos de usuário são mapeados para um conjunto de classes básicas, as quais são usadas para efetuar a modelagem de dispositivos dinâmicos tais como geradores elétricos. Para avaliação da metodologia foram realizados dois estudos de casos. No primeiro estudo caso o Framework foi aplicado na simulação das unidades geradoras da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. Os resultados da simulação foram comparados com medições obtidos em ensaios no campo e mostrou a boa performance do Framework na reprodução dos fenômenos eletromecânicos desta usina de grande porte. No segundo estudo de caso, por outro lado, o Framework foi aplicado na modelagem de um sistema de geração fotovoltaico (PV) com seu sistema de Rastreamento da Potência Máxima (MPPT). O controle MPPT foi implementado usando técnicas digitais. Os resultados das simulações demonstram a performance do Framework na modelagem do sistema de controle de corrente, assim como no controle MPPT, dos sistemas de geração PV.

Métodos sísmicos de refração e eletromagnético aplicados ao estudo de um paleocanal da Ilha do Marajó, Pará

Os métodos sísmico de refração e eletromagnético foram aplicados, em caráter experimental, à prospecção de água subterrânea. A eficiência destes métodos foi testada com cerca de 1.500m de perfis de refração rasa na delimitação geométrica em três dimensões de um paleocanal na região dos campos naturais da Ilha de Marajó e com um perfil eletromagnético (técnica Slingram) para a detecção de contatos laterais de água doce-água salobra. A interpretação dos dados sísmicos foi realizada com as equações de tempo de intersecção para n camadas inclinadas com o auxílio do controle geológico de 2 (dois) poços para contornar problemas de camadas não detectadas. Obteve-se uma baixa velocidade (0,81 km/s) para os sedimentos silte-arenosos saturados que preenchem o paleocanal. Em virtude da inversão de velocidades ter sido obtida como resultado para estes sedimentos, não se aconselha o mapeamento de paleocanais pela sísmica de refração, salvo com a utilização de técnicas especiais de campo (registro digital, 'up-hole survey', registro ondas S, reflexão simultânea, ...). Os dados eletromagnéticos foram analisados semi-quantitativamente com o auxílio de um modelo reduzido construído a partir de uma seção de resistividades aparentes. Um diagrama de Argand, traçado com os dados de laboratório, fornece subsídios para a determinação da condutância em ambientes de sedimentos não consolidados análogos ao de Marajó. Recomenda-se a utilização dos métodos eletromagnéticos para o reconhecimento lateral de zonas de água doce-água-salobra, uma vez que a componente quadratura da frequência alta (2640 Hz) define, com precisão suficiente, estas zonas. A comparação dos resultados dos dois métodos mostra que apenas parte do paleocanal se comporta como um aquífero.

Direct Adhesive Pin-Retained Restorations for Severely Worn Dentition Treatment: A 1.5-Year Follow-Up Report

A superfície oclusal excessivamente desgastada pode resultar em desarmonia oclusal e prejuízo à estética e função. Como abordagem terapêutica, coroas unitárias convencionais têm sido propostas, porém este tipo de tratamento é complexo, altamente invasivo e caro. Este relato de caso descreve os resultados clínicos de um tratamento alternativo minimamente invasivo baseado em restaurações adesivas diretas retidas por pinos. Uma paciente de 64 anos apresentando dentição severamente desgastada, problemas mastigatórios relacionados às ausências dentárias e hipersensibilidade dental generalizada foi encaminhada para tratamento. O adequado plano de tratamento baseado no enceramento diagnóstico foi utilizado para guiar a reconstrução dos dentes anteriores superiores com resina composta direta sobre pinos dentinários auto-rosqueáveis. Como os dentes inferiores remanescentes eram extremamente desgastados, uma sobre-dentadura dento-suportada foi instalada. Uma placa estabilizadora também foi utilizada de modo a proteger as restaurações. Este tratamento constitui uma alternativa mais acessível de reabilitação de boca total com resultados estéticos e funcionais positivos após 1,5 anos de acompanhamento.

Arquitectura para la interoperabilidad de unidades de simulación basadas en FMU

[ES] El estándar Functional Mockup Interface (FMI), es un estándar abierto e independiente de cualquier aplicación o herramienta que permite compartir modelos de sistemas dinámicos entre aplicaciones. En FMI, se define una interfaz común (API) que permite la distribución e interoperabilidad de simulaciones. Así, una simulación puede transformarse en un formato ejecutable para su distribución con una interfaz pública conocida. En este estándar, una simulación se empaqueta en un formato de fichero llamado Functional Mock-up Unit (FMU). La ejecución de una simulación compleja en la que intervienen muchas FMUs es una necesidad que puede ser inviable de realizar en un sólo ordenador por la cantidad de recursos que consume.

Validation of the burn-up code EVOLCODE 2.0 with PWR experimental data and with a Sensitivity/Uncertainty analysis

A validation of the burn-up simulation system EVOLCODE 2.0 is presented here, involving the experimental measurement of U and Pu isotopes and some fission fragments production ratios after a burn-up of around 30 GWd/tU in a Pressurized Light Water Reactor (PWR). This work provides an in-depth analysis of the validation results, including the possible sources of the uncertainties. An uncertainty analysis based on the sensitivity methodology has been also performed, providing the uncertainties in the isotopic content propagated from the cross sections uncertainties. An improvement of the classical Sensitivity/ Uncertainty (S/U) model has been developed to take into account the implicit dependence of the neutron flux normalization, that is, the effect of the constant power of the reactor. The improved S/U methodology, neglected in this kind of studies, has proven to be an important contribution to the explanation of some simulation-experiment discrepancies for which, in general, the cross section uncertainties are, for the most relevant actinides, an important contributor to the simulation uncertainties, of the same order of magnitude and sometimes even larger than the experimental uncertainties and the experiment- simulation differences. Additionally, some hints for the improvement of the JEFF3.1.1 fission yield library and for the correction of some errata in the experimental data are presented.

Modular green roof systems in mid-rise multifamily residential units

This paper presents the results of a full-scale research project undertaken to assess scour losses/gains for modular tray green roof specimens placed on a mock-up building, and identify important factors to consider for wind design criteria. Visual assessment of the experimental results showed that usage of vegetation, parapet height, wind direction, and test duration were the predominant factors affecting scour resistance of the growth media in tested specimens. Statistical analysis results indicated that the differences in soil losses measured among Phase 2’s test trials were more significant than those in Phase 1. This was attributed to the lack of parapet, cornering wind conditions, and longer test duration found in Phase 2. Findings presented in this paper constitute a benchmark for future research to improve the knowledge gap that exists in green roof wind design.

Acoustic emission technique for leak detection in an end shield of a pressurised heavy water reactor

This paper discusses a successful application of the Acoustic Emission Technique (AET) for the detection and location of leak paths present on an inaccessible side of an end shield of a Pressurised Heavy Water Reactor (PHWR). The methodology was based on the fact that air- and water-leak AE signals have different characteristic features. Baseline data was generated from a sound end shield of a PHWR for characterising the background noise. A mock-up end shield system with saw-cut leak paths was used to verify the validity of the methodology. It was found that air-leak signals under pressurisation (as low as 3 psi) could be detected by frequency domain analysis. Signals due to air leaks from various locations of defective end shield were acquired and analysed. It was possible to detect and locate leak paths. The presence of detected leak paths was further confirmed by an alternative test.

Micro-Satellite Structure Fracture Investigation techniques

Mounting accuracy of satellite payload and
ADCS (attitude determination and control subsystem) seats
is one of the requirements to achieve the satellite mission
with satisfactory performance. Deviation of the position of
the mounting seat for Multi-Band-Earth-Imager (MBEI) is
caused by cracks in the plate of the basis unit and bracket
for attachment of MBEI. These cracks were detected during
inspection of the satellite strength mock-up after vibration
testing for air transportation phase. Most probable reason of
the cracking is fatigue damage as strength mock-up
structure was subjected to prolonged vibration loading
during various loading cases. Total vibration duration
during testing is about 56 hours. In order to study the
cracking reasons, finite element modeling of the structural
parts of the basis unit including MBEI bracket and
instrument MBEI is subjected to harmonic response to
simulate vibration loading for the case of air transportation.
Numerical results are compared with the experimental ones,
and mechanical design of the basis-plate unit is modified