Visualization of flow fields in the web platform

Visualization of vector fields plays an important role in research activities nowadays -- Web applications allow a fast, multi-platform and multi-device access to data, which results in the need of optimized applications to be implemented in both high-performance and low-performance devices -- Point trajectory calculation procedures usually perform repeated calculations due to the fact that several points might lie over the same trajectory -- This paper presents a new methodology to calculate point trajectories over highly-dense and uniformly-distributed grid of points in which the trajectories are forced to lie over the points in the grid -- Its advantages rely on a highly parallel computing architecture implementation and in the reduction of the computational effort to calculate the stream paths since unnecessary calculations are avoided, reusing data through iterations -- As case study, the visualization of oceanic currents through in the web platform is presented and analyzed, using WebGL as the parallel computing architecture and the rendering Application Programming Interface

Sistema integrado de generación de mapas de profundidad para videoconferencia 3D en tiempo real

This paper presents the implementation of a high quality real-time 3D video system intended for 3D videoconferencing -- Basically, the system is able to extract depth information from a pair of images coming from a short-baseline camera setup -- The system is based on the use of a variant of the adaptive support-weight algorithm to be applied on GPU-based architectures -- The reason to do it is to get real-time results without compromising accuracy and also to reduce costs by using commodity hardware -- The complete system runs over the GStreamer multimedia software platform to make it even more flexible -- Moreover, an autoestereoscopic display has been used as the end-up terminal for 3D content visualization

Análisis de la implementación de un conformador software de señales ultrasónicas para tiempo real

Este trabajo analiza la implementacion software en un sistema de imagen ultrasónica del Total Focusing Method para la compensación dinámica en tiempo real de los tiempos de vuelo para emisión y recepción de todos los puntos de la imagen. Para ello, haciendo uso de técnicas GPGPU, se analizan dos diferentes alternativas de implementacion, mostrando como una planificación adecuada de acceso a los datos permite mejorar los tiempos de ejecución del algoritmo.

Esquemas de volúmenes finitos de alto orden: implementación en GPUs y aplicación a la simulación de flujos geofísicos

En esta tesis doctoral se exponen los fundamentos teóricos necesarios en el diseño de esquemas numéricos de volúmenes finitos para sistemas hiperbólicos no conservativos de una y dos dimensiones. Para el caso unidimensional se repasan los conceptos de esquema camino-conservativo y esquema bien equilibrado, así como la extensión de los esquemas numéricos a alto orden, basados en la reconstrucción de estados. En particular, se presentan los esquemas de tipo PVM (Polynomial Viscosity Matrix), así como diversos esquemas de limitadores de flujo que resultan de la extensión natural del método WAF, utilizando como base algunos esquemas de tipo PVM. Para el caso bidimensional se aborda el diseño de esquemas numéricos camino-conservativos y bien equilibrados de volúmenes finitos para sistemas hiperbólicos no conservativos y su extensión a alto orden, en particular se presenta una reconstrucción de estados de tercer orden compacta y que resulta de la combinación WENO de paraboloides y planos. 
 Se presenta además el desarrollo de métodos numéricos para el sistema de aguas someras bidimensional de una capa. En particular se definen esquemas de primer orden de tipo HLL y FORCE y su extensión a alto orden, un método de limitadores de flujo basado en el esquema HLL-WAF, así como su implementación en arquitecturas de tipo GPU, usando el entorno de programación CUDA. A continuación, se presenta un esquema numérico de orden uno para el sistema de aguas someras de una capa bidimensional en coordenadas esféricas (longitud/latitud), así como la extensión natural del método de limitadores de flujo presentado en el Capítulo 3 a este sistema. Finalmente, se presenta la validación del esquema de limitadores de flujo mediante la simulación de tsunamis reales, y la comparación con datos de campo.

HPC Accelerators with 3D Memory

After a decade evolving in the High Performance Computing arena, GPU-equipped supercomputers have con- quered the top500 and green500 lists, providing us unprecedented levels of computational power and memory bandwidth. This year, major vendors have introduced new accelerators based on 3D memory, like Xeon Phi Knights Landing by Intel and Pascal architecture by Nvidia. This paper reviews hardware features of those new HPC accelerators and unveils potential performance for scientific applications, with an emphasis on Hybrid Memory Cube (HMC) and High Bandwidth Memory (HBM) used by commercial products according to roadmaps already announced.

Implementação do algoritmo (RTM) para processamento sísmico em arquiteturas não convencionais

With the growth of energy consumption worldwide, conventional reservoirs, the reservoirs called "easy exploration and production" are not meeting the global energy demand. This has led many researchers to develop projects that will address these needs, companies in the oil sector has invested in techniques that helping in locating and drilling wells. One of the techniques employed in oil exploration process is the reverse time migration (RTM), in English, Reverse Time Migration, which is a method of seismic imaging that produces excellent image of the subsurface. It is algorithm based in calculation on the wave equation. RTM is considered one of the most advanced seismic imaging techniques. The economic value of the oil reserves that require RTM to be localized is very high, this means that the development of these algorithms becomes a competitive differentiator for companies seismic processing. But, it requires great computational power, that it still somehow harms its practical success. The objective of this work is to explore the implementation of this algorithm in unconventional architectures, specifically GPUs using the CUDA by making an analysis of the difficulties in developing the same, as well as the performance of the algorithm in the sequential and parallel version

Ottimizzazione di un appareto per il controllo delle condizioni climatiche nella cella per la misura della rigidità dinamica

Lo scopo di tale progetto è creare, dal sistema hardware fino alla programmazione software, un sistema che permetta da una parte il controllo autonomo delle condizioni climatiche di un ambiente, il monitoraggio e dall’altra di essere versatile, portatile e di facile utilizzo. Come esempio applicativo per il controllo delle condizioni climatiche in una teca per la misura della rigidità dinamica si andranno ad evidenziare inizialmente in cosa consistono le prove della rigidità dinamica e a cosa servono, per poi passare alla spiegazione dei fenomeni che regolano il comportamento delle miscele di aria e vapor d’acqua che permetteranno di capire le connessioni tra i fattori principali che regolano i cambiamenti climatici quali temperatura e umidità. Successivamente si andranno poi a descrivere con quali meccanismi si regola la climatizzazione degli ambienti, fino ad arrivare alla creazione di un sistema autonomo che gestisca autonomamente temperatura e umidità all’interno di una cella.

PycoTCP: Una libreria Python per l'Internet of Threads

Grazie all'evoluzione dei servizi di rete indirizzare le interfacce di rete come se fossero i veri destinatari delle comunicazioni è diventato obsoleto. Per questo è nato il concetto di Internet of Threads, in cui gli indirizzi IP sono assegnati ad ogni processo in esecuzione nel computer mediante una rete ethernet virtuale. Attualmente esistono progetti che forniscono la gestione della rete virtuale e librerie che forniscono lo stack TCP/IP da integrare all'interno dei propri programmi. Queste librerie richiedono però la modifica e ricompilazione del proprio codice, anche a causa della loro interfaccia differente dai Berkeley Socket. Attraverso PycoTCP è possibile sperimentare all'interno di un ambiente IoTh senza riscrivere il proprio codice. Inoltre unifica le API fornite dalle librerie sottostanti esponendo una interfaccia identica a quella standard del Python, in modo che non sia necessario imparare un altro metodo di programmazione per utilizzare il nuovo paradigma.

Strumenti statistici per elaborazione dati su sequenziamenti di genoma umano

L'analisi del DNA è una delle chiavi per la comprensione della vita e dei suoi funzionamenti. Le tecniche di sequenziamento di nuova generazione NGS permettono una analisi parallela di molte sequenze che hanno reso possibili i sequenziamenti di genomi interi e l'impiego di questi dati in una vasta gamma di studi. In questa tesi verranno descritte le principali tecniche di sequenziamento NGS. Per quanto riguarda il genoma umano si tratteranno alcune tematiche di studio di varianti affrontate dal gruppo 1000Genomes. Nella fase conclusiva si introdurranno definizioni di statistica utili nell'affrontare l'elaborazione dei dati. Inoltre vengono descritti alcuni strumenti che permettono di svolgere questo tipo di analisi.

Using multiple GPUs to accelerate string searching for digital forensic analysis

String searching within a large corpus of data is an important component of digital forensic (DF) analysis techniques such as file carving. The continuing increase in capacity of consumer storage devices requires corresponding im-provements to the performance of string searching techniques. As string search-ing is a trivially-parallelisable problem, GPGPU approaches are a natural fit – but previous studies have found that local storage presents an insurmountable performance bottleneck. We show that this need not be the case with modern hardware, and demonstrate substantial performance improvements from the use of single and multiple GPUs when searching for strings within a typical forensic disk image.

Ricerche sulle Res cottidianae

Le Res cottidianae sive Aurea sono un’opera giuridica elementare di diritto privato romano. A differenza delle Institutiones di Gaio, di cui abbiamo conoscenza in larga misura grazie al palinsesto Codice Veronese, tutto ciò che sappiamo delle res cottidianae si arresta a ventisei frammenti che ci sono tramandati dal Digesto. Dibattuta è la loro paternità, dibattuta la genuinità del loro contenuto, dibattuti sono il titolo che recavano e di quanti libri fossero composte. La presente ricerca tenta di rispondere a queste vexatae quaestiones e offrire nuove prospettive alla risoluzione del c.d. «enigma gaiano». Punto di partenza sarà una indagine preliminare sul rapporto intercorrente tra le res cottidianae e le Institutiones di Gaio, volta a mostrare la struttura parallela delle due opere, le analogie testuali, i punti di contatto e divergenza. Ci si addentrerà, in seguito, nei ventisei frammenti delle res cottidianae, posto che qualsiasi riflessione scientifica sull’opera non può essere svincolata dall’analisi testuale. Si offrirà infine un bilancio complessivo delle res cottidianae, anche in relazione all’effettiva portata del lascito gaiano agli studi giuridici di diritto positivo.

La fotostimolazione come approccio biomedico per lo studio e la terapia di malattie neurologiche

Dall’inizio del XXI secolo, un’importante rivoluzione tecnologica è in corso nel campo delle neuroscienze: l’idea di base è quella di attivare/inibire con la luce un neurone che normalmente non è in grado di rispondere a tale stimolo. Si tratta di un approccio che integra metodi ottici e genetici per controllare l’attività di cellule eccitabili e di circuiti neuronali. La combinazione di metodi ottici con strumenti fotosensibili geneticamente codificati (optogenetica) offre l’opportunità di modulare e monitorare rapidamente un gran numero di eventi neuronali e la capacità di ricreare i modelli fisiologici, spaziali e temporali dell’attività cerebrale. Le tecniche di stimolazione ottica possono rispondere ad alcune delle problematiche legate alla stimolazione elettrica, fornendo una stimolazione più selettiva, una maggiore risoluzione spaziale e una minore invasività del dispositivo, evitando gli artefatti elettrici che complicano le registrazioni dell’attività neuronale elettricamente indotta. Quest’innovazione ha motivato lo sviluppo di nuovi metodi ottici per la fotostimolazione neuronale, tra cui la fotostimolazione neuronale nell’infrarosso, le tecniche di scansione del fascio e di fotostimolazione parallela, ciascuna con i suoi vantaggi e limiti. Questa tesi illustra i principi di funzionamento delle tecniche di fotostimolazione ed il loro utilizzo in optogenetica, presentandone i vantaggi e gli inconvenienti. Infine, nell’elaborato è presa in considerazione la possibilità di combinare i metodi di fotostimolazione con approcci di imaging ottico funzionale innovativi per un’indagine più ampia, mirata e completa del circuito neuronale. Sebbene siano necessari ulteriori studi, le tecniche di fotostimolazione in optogenetica sono quindi molto promettenti per la comprensione dei disturbi neuronali, svelando la codifica neurale e facilitando nuovi interventi per la diagnosi e terapia di malattie neurologiche.

Il Pavement Management System di un'infrastruttura viaria: il caso del quartiere di Campo di Marte del Comune di Firenze

L’elaborato si apre presentando il concetto di Pavement Managemet System (PMS), un modello di gestione degli interventi di manutenzione che le pavimentazioni di una rete stradale dovranno subire nel corso del tempo. Uno dei punti di forza del Pavement Management System, è costituito dalla diretta comparazione tra i costi delle strategie programmate e i relativi benefici, che consente di scegliere l’alternativa più efficace. Nel secondo capitolo viene descritto il catasto stradale, strumento di fondamentale importanza per la gestione del patrimonio stradale e per il funzionamento del Pavement Management System. Esso infatti è l’elemento di collegamento tra la sicurezza e la programmazione della manutenzione. Il terzo capitolo espone il caso di studio del quartiere di Campo di Marte del Comune di Firenze. L’elemento di partenza di questo capitolo è il database dei sinistri stradali, il quale aiuta ad individuare alcune carenze della sovrastruttura che potrebbero essere causa di disagi o addirittura di incidenti. Dall’analisi si possono quindi dedurre utili indicazioni sul tipo di interventi che si rendono necessari per garantire la sicurezza e sulle priorità degli interventi stessi. Successivamente vengono descritte le modalità di rilievo per il quartiere oggetto del caso di studio ed esposti i risultati. Questi, uniti a quelli degli indici di stato prestazionali, danno vita alla pianificazione degli interventi di manutenzione necessari. Il quarto ed ultimo capitolo contiene i piani di manutenzione, con la relativa catalogazione degli interventi di manutenzione e riabilitazione. Questi vengono pianificati con l’ausilio dei risultati provenienti dai rilievi e dagli indici di stato prestazionali. Infine vengono presentati a titolo di esempio, tre casi reali di piano operativo degli interventi sulle pavimentazioni di strade appartenenti al quartiere di Campo di Marte.

Generare con transformer lineare spiegazioni di concept set medicali costituiti da termini correlati estratti da social post di pazienti

Le malattie rare pongono diversi scogli ai pazienti, ai loro familiari e ai sanitari. Uno fra questi è la mancanza di informazione che deriva dall'assenza di fonti sicure e semplici da consultare su aspetti dell'esperienza del paziente. Il lavoro presentato ha lo scopo di generare da set termini correlati semanticamente, delle frasi che abbiamo la capacità di spiegare il legame fra di essi e aggiungere informazioni utili e veritiere in un linguaggio semplice e comprensibile. Il problema affrontato oggigiorno non è ben documentato in letteratura e rappresenta una sfida interessante si per complessità che per mancanza di dataset per l'addestramento. Questo tipo di task, come altri di NLP, è affrontabile solo con modelli sempre più potenti ma che richiedono risorse sempre più elevate. Per questo motivo, è stato utilizzato il meccanismo di recente pubblicazione del Performer, dimostrando di riuscire a mantenere uno stesso grado di accuratezza e di qualità delle frasi prodotte, con una parallela riduzione delle risorse utilizzate. Ciò apre la strada all'utilizzo delle reti neurali più recenti anche senza avere i centri di calcolo delle multinazionali. Il modello proposto dunque è in grado di generare frasi che illustrano le relazioni semantiche di termini estratti da un mole di documenti testuali, permettendo di generare dei riassunti dell'informazione e della conoscenza estratta da essi e renderla facilmente accessibile e comprensibile al pazienti o a persone non esperte.

Pratiche di formative assessment per promuovere abilita di comprensione dei testi. Una sperimentazione in una scuola secondaria di primo grado

I dati delle indagini sugli apprendimenti degli studenti in Italia rivelano l’esistenza di fragilità nell’acquisizione di competenze essenziali e di differenze tra i risultati conseguiti. Per innovare la didattica al fine di adeguarla ai bisogni degli studenti, gli esperti di Docimologia caldeggiano l’uso di pratiche di valutazione formativa, o formative assessment (FA). In ambito internazionale diversi studi hanno mostrato l'efficacia di tali prassi, mentre in Italia non esistono ricerche sperimentali finalizzate a studiarne l’impatto sugli apprendimenti. Il progetto è entrato all’interno di quest’ambito di studi per controllare l’efficacia di un insieme di pratiche di FA sull'incremento delle abilità di comprensione dei testi degli studenti. Lo scopo è stato perseguito realizzando una sperimentazione in una scuola secondaria di primo grado che ha coinvolto gli studenti di due classi prime, i quali sono stati suddivisi a metà attraverso tecniche di randomizzazione per formare i due gruppi, sperimentale e di controllo. Dopo aver effettuato una rilevazione iniziale delle abilità di comprensione dei testi degli studenti (pre-test), è stato realizzato con quelli del gruppo sperimentale un intervento composto da 15 incontri di FA della durata di due ore ciascuno. Alla fine, sono state effettuate due rilevazioni finali (post-test) utilizzando sia la stessa prova utilizzata come pre-test sia una prova parallela. È stata calcolata la differenza post-test-pre-test per ogni gruppo ed è stato verificato quanto avesse influito la partecipazione all’intervento sperimentale su tale differenza tramite test non parametrici. I risultati hanno mostrato un incremento di abilità lievemente maggiore nel gruppo sperimentale, se confrontato con quello del gruppo di controllo, anche se questa differenza tra i due gruppi non è statisticamente significativa. Sebbene le analisi non abbiano consentito di rifiutare l’ipotesi nulla, la rilevanza di tale progetto risiede nel tentativo di aprire il dibattito sull’efficacia di prassi di FA sugli apprendimenti degli studenti in Italia.