A 3D cloud-construction algorithm for the EarthCARE satellite mission

This article presents and assesses an algorithm that constructs 3D distributions of cloud from passive satellite imagery and collocated 2D nadir profiles of cloud properties inferred synergistically from lidar, cloud radar and imager data. It effectively widens the active–passive retrieved cross-section (RXS) of cloud properties, thereby enabling computation of radiative fluxes and radiances that can be compared with measured values in an attempt to perform radiative closure experiments that aim to assess the RXS. For this introductory study, A-train data were used to verify the scene-construction algorithm and only 1D radiative transfer calculations were performed. The construction algorithm fills off-RXS recipient pixels by computing sums of squared differences (a cost function F) between their spectral radiances and those of potential donor pixels/columns on the RXS. Of the RXS pixels with F lower than a certain value, the one with the smallest Euclidean distance to the recipient pixel is designated as the donor, and its retrieved cloud properties and other attributes such as 1D radiative heating rates are consigned to the recipient. It is shown that both the RXS itself and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) imagery can be reconstructed extremely well using just visible and thermal infrared channels. Suitable donors usually lie within 10 km of the recipient. RXSs and their associated radiative heating profiles are reconstructed best for extensive planar clouds and less reliably for broken convective clouds. Domain-average 1D broadband radiative fluxes at the top of theatmosphere(TOA)for (21 km)2 domains constructed from MODIS, CloudSat andCloud–Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) data agree well with coincidental values derived from Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) radiances: differences betweenmodelled and measured reflected shortwave fluxes are within±10Wm−2 for∼35% of the several hundred domains constructed for eight orbits. Correspondingly, for outgoing longwave radiation∼65% are within ±10Wm−2.

Nuclear Factor-kappaB controls the reaggregation of 3D neurosphere cultures in vitro

The approach of reaggregation involves the regeneration and self-renewal of histotypical 3D spheres from isolated tissue kept in suspension culture. Reaggregated spheres can be used as tumour, genetic, biohybrid and neurosphere models. In addition the functional superiority of 3D aggregates over conventional 2D cultures developed the use of neurospheres for brain engineering of CNS diseases. Thus 3D aggregate cultures created enormous interest in mechanisms that regulate the formation of multicellular aggregates in vitro. Here we analyzed mechanisms guiding the development of 3D neurosphere cultures. Adult neural stem cells can be cultured as self-adherent clusters, called neurospheres. Neurospheres are characterised as heterogeneous clusters containing unequal stem cell sub-types. Tumour necrosis factor-alpha (TNF-alpha is one of the crucial inflammatory cytokines with multiple actions on several cell types. TNF-alpha strongly activates the canonical Nuclear Factor Kappa-B (NF- kappaB) pathway. In order to investigate further functions of TNF in neural stem cells (NSCs) we tested the hypothesis that TNF is able to modulate the motility and/or migratory behaviour of SVZ derived adult neural stem cells. We observed a significantly faster sphere formation in TNF treated cultures than in untreated controls. The very fast aggregation of isolated NSCs (<2h) is a commonly observed phenomenon, though the mechanisms of 3D neurosphere formation remain largely unclear. Here we demonstrate for the first time, increased aggregation and enhanced motility of isolated NSCs in response to the TNF-stimulus. Moreover, this phenomenon is largely dependent on activated transcription factor NF-kappaB. Both, the pharmacological blockade of NF-kappaB pathway by pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC) or Bay11-7082 and genetic blockade by expression of a transdominant-negative super-repressor IkappaB-AA1 led to decreased aggregation.

Neuronal-glial populations form functional networks in a biocompatible 3D scaffold

Monolayers of neurons and glia have been employed for decades as tools for the study of cellular physiology and as the basis for a variety of standard toxicological assays. A variety of three dimensional (3D) culture techniques have been developed with the aim to produce cultures that recapitulate desirable features of intact. In this study, we investigated the effect of preparing primary mouse mixed neuron and glial cultures in the inert 3D scaffold, Alvetex. Using planar multielectrode arrays, we compared the spontaneous bioelectrical activity exhibited by neuroglial networks grown in the scaffold with that seen in the same cells prepared as conventional monolayer cultures. Two dimensional (monolayer; 2D) cultures exhibited a significantly higher spike firing rate than that seen in 3D cultures although no difference was seen in total signal power (<50 Hz) while pharmacological responsiveness of each culture type to antagonism of GABAAR, NMDAR and AMPAR was highly comparable. Interestingly, correlation of burst events, spike firing and total signal power (<50 Hz) revealed that local field potential events were associated with action potential driven bursts as was the case for 2D cultures. Moreover, glial morphology was more physiologically normal in 3D cultures. These results show that 3D culture in inert scaffolds represents a more physiologically normal preparation which has advantages for physiological, pharmacological, toxicological and drug development studies, particularly given the extensive use of such preparations in high throughput and high content systems.

Evaluation of a bounded high order upwind scheme for 3D incompressible free surface flow computations

fit the context of normalized variable formulation (NVF) of Leonard and total variation diminishing (TVD) constraints of Harten. this paper presents an extension of it previous work by the authors for solving unsteady incompressible flow problems. The main contributions of the paper are threefold. First, it presents the results of the development and implementation of a bounded high order upwind adaptative QUICKEST scheme in the 3D robust code (Freeflow), for the numerical solution of the full incompressible Navier-Stokes equations. Second, it reports numerical simulation results for 1D hock tube problem, 2D impinging jet and 2D/3D broken clam flows. Furthermore, these results are compared with existing analytical and experimental data. And third, it presents the application of the numerical method for solving 3D free surface flow problems. (C) 2007 IMACS. Published by Elsevier B.V. All rights reserved,

3D face computational photography using PCA spaces

In this paper, we present a 3D face photography system based on a facial expression training dataset, composed of both facial range images (3D geometry) and facial texture (2D photography). The proposed system allows one to obtain a 3D geometry representation of a given face provided as a 2D photography, which undergoes a series of transformations through the texture and geometry spaces estimated. In the training phase of the system, the facial landmarks are obtained by an active shape model (ASM) extracted from the 2D gray-level photography. Principal components analysis (PCA) is then used to represent the face dataset, thus defining an orthonormal basis of texture and another of geometry. In the reconstruction phase, an input is given by a face image to which the ASM is matched. The extracted facial landmarks and the face image are fed to the PCA basis transform, and a 3D version of the 2D input image is built. Experimental tests using a new dataset of 70 facial expressions belonging to ten subjects as training set show rapid reconstructed 3D faces which maintain spatial coherence similar to the human perception, thus corroborating the efficiency and the applicability of the proposed system.

Automatic contour extraction from 2D neuron images

This work describes a novel methodology for automatic contour extraction from 2D images of 3D neurons (e.g. camera lucida images and other types of 2D microscopy). Most contour-based shape analysis methods cannot be used to characterize such cells because of overlaps between neuronal processes. The proposed framework is specifically aimed at the problem of contour following even in presence of multiple overlaps. First, the input image is preprocessed in order to obtain an 8-connected skeleton with one-pixel-wide branches, as well as a set of critical regions (i.e., bifurcations and crossings). Next, for each subtree, the tracking stage iteratively labels all valid pixel of branches, tip to a critical region, where it determines the suitable direction to proceed. Finally, the labeled skeleton segments are followed in order to yield the parametric contour of the neuronal shape under analysis. The reported system was successfully tested with respect to several images and the results from a set of three neuron images are presented here, each pertaining to a different class, i.e. alpha, delta and epsilon ganglion cells, containing a total of 34 crossings. The algorithms successfully got across all these overlaps. The method has also been found to exhibit robustness even for images with close parallel segments. The proposed method is robust and may be implemented in an efficient manner. The introduction of this approach should pave the way for more systematic application of contour-based shape analysis methods in neuronal morphology. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação morfométrica e densimétrica através de assinatura nuclear digital em biópsias de esôfago

Foram estudadas, pelo método da assinatura digital, 35 biópsias esofágicas provenientes de pacientes da província de Linxian, China, classificadas por dois observadores com ampla experiência em patologia gastrointestinal como normais, displasias ou carcinomas (8 casos normais, 6 displasias leves, 8 displasias moderadas, 4 displasias acentuadas, 4 carcinomas suspeitos de invasão e 5 carcinomas invasores). O objetivo do trabalho foi caracterizar os núcleos das populações celulares desses casos de forma que permitisse a derivação de informações diagnósticas e de possível implicação prognóstica a partir do estudo quantitativo das características nucleares de cada caso ou categoria diagnóstica. As biópsias foram coradas pelo método de Feulgen, sendo então selecionados e digitalizados 48 a 50 núcleos de cada uma delas. De cada núcleo foram extraídas 93 características cariométricas, arranjadas arbitrariamente em histograma designado como assinatura nuclear. Da média aritmética de cada característica dos núcleos de uma mesma biópsia resultou a assinatura digital do caso. A análise de funções discriminantes, baseada nas 15 características cariométricas que ofereceram melhor discriminação entre as categorias diagnósticas, mostrou que o grupo classificado como normal foi claramente distinto das demais categorias. A densidade óptica total aumentou progressivamente segundo a classificação das biópsias, do normal à displasia acentuada, sendo o valor do carcinoma semelhante ao da displasia moderada. A matriz de comprimento de seqüência apresentou o mesmo perfil, ou seja, ambas as características ofereceram discriminação clara entre as categorias diagnósticas, com exceção do carcinoma invasor, cujos valores foram superponíveis aos da displasia moderada. O estudo demonstrou a viabilidade da quantificação de características nucleares através das assinaturas nucleares digitais, que demonstraram diferenças estatisticamente significativas entre diferentes categorias diagnósticas e a elevação progressiva dos valores mensurados relacionados com o espectro das lesões, apresentando-as como um histograma (assinatura digital nuclear).

Um estudo exploratório sobre a utilização de modelos 3D digitais no processo de inovação tecnológica de uma empresa da indústria de manufatura

Através de um estudo de caso, este trabalho apresenta evidências empíricas que reforçam e ampliam as descobertas de trabalhos anteriores sobre as contribuições dos modelos 3D digitais no processo de inovação tecnológica de uma empresa da indústria de manufatura, e oferece contribuições para a academia e para a prática. A inovação tecnológica é um dos fatores essenciais da competição e do desenvolvimento industrial. Na medida em que as mudanças tecnológicas ocorrem em complexidade e ritmo crescentes, as empresas têm procurado aumentar a flexibilidade e a velocidade de suas atividades através de sofisticados sistemas de tecnologia de informação e de comunicações. Na indústria de manufatura, os modelos 3D digitais têm sido cada vez mais utilizados ao longo do ciclo de vida dos produtos das empresas e a sua difusão não apenas tornou-os elementos chave para o processo de inovação tecnológica, mas a sua adoção está forçando muitas empresas a rever a forma como elas conduzem e gerenciam suas atividades de inovação.

Análise de diagramas cor-magnitude de 5 aglomerados ricos da LMC

Apresentamos a análise de diagramas cor-magnitude (CMDs) profundos para 5 aglomerados ricos da Grande Nuvem de Magalhães (LMC). Os dados fazem parte do projeto HST G07307, entitulado "Formação e Evolução de Aglomerados Estelares Ricos da LMC", e foram obtidos através do HST/WFPC2 nos filtros F555W (~ V) e F814W (~ I), alcançando V555~25. A amostra de aglomerados é composta por NGC 1805 e NGC 1818, os mais jovens (r < 100 Myr), NGC 1831e NGC 1868,de idades intermediárias (400 < r < 1000Myr), e Hodge 14, o mais velho (r > 1200Myr). Discutimos e apresentamos um método de correção dos CMDs para incompleteza da amostra e contaminação por estrelas de campo. O uso eficiente das informações contidas nos CMDs foi feito por meio de comparações entre os CMDs observados e CMDs modelados. O processo de modelamento de CMDs gera uma Seqüência Principal (MS) sintética, que utiliza como entrada do modelo a informação sobre idade (r), metalicidade (Z), Função de Massa do Presente (PDMF), fração de binárias não resolvidas, distância e extinção da luz. As incertezas fotométricas foram empiricamente determinadas a partir dos dados e incorporadas no modelamento. Técnicas estatísticas de comparação entre CMDs em 1D e 2D são apresentadas e aplicadas como métodos objetivos capazes de determinar a compatibilidade entre modelo e observação. Modelando os CMDs da região central dos aglomerados podemos inferir a metalicidade (Z), o módulo de distância intrínseco ((V - Mv)o) e o avermelhamento (E(B-V)) para cada aglomerado. Também determinamos as idades para os 3 aglomerados mais velhos de nossa amostra. Continuação) Através da comparação em 2D os valores encontrados foram os seguintes: para NGC 1805, Z = 0.007:1+-0.003, (V - Mv)o = 18.50:1+- 0.10, E(B - V) = 0.03:1+-0.01; para NGC 1818,Z = 0.005:1+-0.002, (V - Mv)o = 18.50:1+-0.15, E(B - V)~0.00; para NGC 1831, Z = 0.012:1+-0.002, log(r /yr) = 8.70 :I+-0.05, (V - Mv)o = 18.70:1+- 0.05, E(B - V)~ 0.00; para NGC 1868, Z = 0.008:1+-0.002,log(r/yr) =8.95:1+-0.05, (V - Mv)o = 18.70:1+- 0.05, E(B - V) ~0.00; para Hodge 14, Z = 0.008+-0.004, log(r/yr) = 9.23+-0.10, (V - Mv)o = 18.50+-0.15, E(B - V) = 0.02+- 0.02. Estes valores estão de acordo, dentro das incertezas, com os valores obtidos através da análise de linhas fiduciais (lD), o que agrega confiabilidade a estas determinações. Através da análise de CMDs em regiões concêntricas determinamos a dependência espacial da inclinação da PDMF (a) nos aglomerados mais ricos. Para tanto empregamos duas abordagens distintas para a determinação de a: 1) método tradicional em 1D via conversão direta de V555em massa; 2) método em 2D via modelmento de CMDs. Independente do método de análise, todos os aglomerados analisados demonstram claramente o efeito de segregação em massa. Além disso, NGC 1818, NGC 1831 e NGC 1868 apresentam uma possível perda seletiva de estrelas de baixa massa nas suas regiões mais externas.

Análise estratigráfica do Campo de Namorado (Bacia de Campos) com base na interpretação sísmica tridimensional

O presente trabalho analisa os reservatórios turbidíticos do Campo de Namorado, Bacia de Campos – RJ, com a apresentação de um novo modelo evolutivo para o intervalo entre o Albiano superior e Cenomaniano, na área do referido campo. As ferramentas utilizadas neste estudo consistiram da interpretação sísmica em ambiente tridimensional com o software VoxelGeo®, e da análise faciológica junto à perfilagem de poços do referido campo. A análise desenvolvida permitiu a individualização e a posterior visualização tridimensional de um paleocanal meandrante na base do intervalo estudado, feição esta até então não relatada em interpretações anteriores neste reservatório. Como resultado das análises sísmicas e faciológicas, foi possível elaborar um modelo deposicional, onde foram definidos quatro sistemas turbidíticos distintos, inclusos em duas seqüências de 3ª Ordem. Esses sistemas turbidíticos estariam, portanto, associados às seqüências de 4ª Ordem, que são interpretadas como parasseqüências, inseridas nos dois ciclos de 3ª Ordem. As seqüências de 3ª Ordem, que englobam os reservatórios do Campo de Namorado, representariam intervalos de alta freqüência no registro estratigráfico, dentro do contexto de afogamento (2ª Ordem) da Bacia de Campos. Pelas características da calha deposicional observada para o Campo de Namorado, é possível concluir que o sistema, como um todo, foi depositado em um complexo de canais, junto a sistemas de frentes deltaicas. Esses canais, provavelmente, foram esculpidos por fluxos hiperpicnais, formados a partir de inundações catastróficas. As informações provenientes deste estudo, proporcionaram uma melhor compreensão da gênese dos depósitos turbidíticos, acumuladores de hidrocarbonetos, no intervalo estudado, e cuja ocorrência está relacionada com etapas de rebaixamento relativo do nível do mar.

Simulação computacional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio

A análise do comportamento estrutural sob incêndio constitui uma parte importante da engenharia de proteção contra incêndio, especialmente no caso de estruturas de aço, por sua alta condutividade térmica e relativa esbeltez das seções. As dificuldades econômicas e práticas, associadas à avaliação do comportamento estrutural, por meio de ensaios em escala real, têm estimulado o desenvolvimento e uso de métodos de simulação numérica. Esta tese trata da simulação numérica do comportamento de estruturas de aço sob condições de incêndio e se divide em três partes. As duas primeiras partes foram desenvolvidas na Universidade de Liége, na Bélgica, usando-se o programa SAFIR como ferramenta numérica. A terceira parte foi desenvolvida de forma independente, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na primeira parte, é feito um estudo comparativo entre o uso de elementos finitos de viga e de casca, na modelagem de vigas simplesmente apoiadas, sujeitas a flambagem lateral por torção. Os esforços de torção, presentes no caso de flambagem lateral, podem levar a uma plastificação da seção transversal e à conseqüente redução da rigidez à torção da seção. Da mesma forma, a degradação das propriedades do material, com o aumento da temperatura, leva à redução da rigidez à torção Havia dúvidas se o modelo com elementos de viga, com uma rigidez à torção constante, poderia fornecer uma resposta aceitável. O estudo mostrou que uma resposta com boa precisão pode ser conseguida, usando-se elementos de viga, desde que o módulo de elasticidade transversal seja ajustado para refletir seu valor correspondente à temperatura de falha. Isso implica um processo iterativo, uma vez que a temperatura de falha não é previamente conhecida. Por outro lado, a degradação da rigidez à torção, por efeitos de plastificação, pode ser ignorada. Na segunda parte, é feita a comparação entre as modelagens bidimensional e tridimensional, de galpões industriais de um andar, sob incêndio. Comumente, a estrutura de galpões industriais é composta por pórticos-tipo, dispostos em paralelo. A análise desses galpões é comumente feita pela simulação no plano do pórtico de aço ou, simplesmente, da treliça da cobertura Na análise bidimensional, importantes efeitos fora do plano são ignorados, como a redistribuição de esforços devido à degradação do material ou à expansão térmica, ou instabilidade lateral dos elementos. A importância desses efeitos e a adequabilidade do modelo 2D para representar o comportamento real são discutidas. Na terceira parte, um modelo numérico para a simulação tridimensional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio é apresentado. O modelo é baseado no conceito de rótulas plásticas generalizadas, com modificações para melhor representar a formação e expansão da plastificação no elemento. A descrição cinemática adotada permite obter bons resultados, mesmo com o uso de poucos elementos. A determinação do vetor de esforços internos no elemento, incluindo os efeitos da temperatura, é detalhada. O procedimento foi validado por comparação com ensaios e com modelos numéricos mais sofisticados, como o programa SAFIR. Os resultados demonstram que o procedimento proposto pode ser usado como uma forma alternativa de análise 3D de estruturas sob incêndio, com precisão razoável e baixo esforço computacional.

Visualização interativa e manipulação de imagens 3D em tempo real usando métodos baseados na GPU

Este trabalho apresenta um conjunto de ferramentas que exploram as capacidades recentes das placas gráficas de computadores pessoais para prover a visualização e a interação com volumes de dados. O objetivo é oferecer ao usuário ferramentas que permitam a remoção interativa de partes não relevantes do volume. Assim, o usuário é capaz de selecionar um volume de interesse, o que pode tanto facilitar a compreensão da sua estrutura quanto a sua relação com os volumes circundantes. A técnica de visualização direta de volumes através do mapeamento de texturas é explorada para desenvolver estas ferramentas. O controle programável dos cálculos realizados pelo hardware gráfico para gerar a aparência de cada pixel na tela é usado para resolver a visibilidade de cada ponto do volume em tempo real. As ferramentas propostas permitem a modificação da visibilidade de cada ponto dentro do hardware gráfico, estendendo o benefício da visualização acelerada por hardware. Três ferramentas de interação são propostas: uma ferramenta de recorte planar que permite a seleção de um volume de interesse convexo; uma ferramenta do tipo “borracha”, para eliminar partes não relevantes da imagem; e uma ferramenta do tipo “escavadeira”, para remover camadas do volume Estas ferramentas exploram partes distintas do fluxo de visualização por texturas, onde é possível tomar a decisão sobre a visibilidade de cada ponto do volume. Cada ferramenta vem para resolver uma deficiência da ferramenta anterior. Com o recorte planar, o usuário aproxima grosseiramente o volume de interesse; com a borracha, ele refina o volume selecionado que, finalmente, é terminado com a escavadeira. Para aplicar as ferramentas propostas ao volume visualizado, são usadas técnicas de interação conhecidas, comuns nos sistemas de visualização 2D. Isto permite minimizar os esforços do usuário no treinamento do uso das ferramentas. Finalmente, são ilustradas as aplicações potenciais das ferramentas propostas para o estudo da anatomia do fígado humano. Nestas aplicações foi possível identificar algumas necessidades do usuário na visualização interativa de conjuntos de dados médicos. A partir destas observações, são propostas também novas ferramentas de interação, baseadas em modificações nas ferramentas propostas.

Captura e visualização de video 3d em tempo real

Vídeos são dos principais meios de difusão de conhecimento, informação e entretenimento existentes. Todavia, apesar da boa qualidade e da boa aceitação do público, os vídeos atuais ainda restringem o espectador a um único ponto de vista. Atualmente, alguns estudos estão sendo desenvolvidos visando oferecer ao espectador maior liberdade para decidir de onde ele gostaria de assistir a cena. O tipo de vídeo a ser produzido por essas iniciativas tem sido chamado genericamente de vídeo 3D. Esse trabalho propõe uma arquitetura para captura e exibição de vídeos 3D em tempo real utilizando as informações de cor e profundidade da cena, capturadas para cada pixel de cada quadro do vídeo. A informação de profundidade pode ser obtida utilizando-se câmeras 3D, algoritmos de extração de disparidade a partir de estéreo, ou com auxílio de luz estruturada. A partir da informação de profundidade é possível calcular novos pontos de vista da cena utilizando um algoritmo de warping 3D. Devido a não disponibilidade de câmeras 3D durante a realização deste trabalho, a arquitetura proposta foi validada utilizando um ambiente sintético construído usando técnicas de computação gráfica. Este protótipo também foi utilizado para analisar diversos algoritmos de visão computacional que utilizam imagens estereoscópias para a extração da profundidade de cenas em tempo real. O uso de um ambiente controlado permitiu uma análise bastante criteriosa da qualidade dos mapas de profundidade produzidos por estes algoritmos, nos levando a concluir que eles ainda não são apropriados para uso de aplicações que necessitem da captura de vídeo 3D em tempo real.

Impressoras 3D: o direito da propriedade intelectual precisará alcançar novas dimensões?

A presente monografia tem como objeto a análise dos possíveis impactos causados no campo da Propriedade Intelectual oriundos do desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D. Este trabalho se estrutura em torno de três grandes seções. A primeira visa à apresentação das impressoras 3D ao leitor, descrevendo um pouco de sua história e, também, suas aplicações. A segunda expõe os principais contornos jurídicos que caracterizam a Propriedade Intelectual e os direitos dela decorrentes, relacionando-os com a impressão 3D. Na última seção, por fim, realiza-se uma reflexão quanto aos desafios apresentados no decorrer do texto e, também, a apresentação de situações que indicam possíveis rumos para a interação entre a tecnologia em questão e a Propriedade Intelectual.

Análise da trajetória de poços horizontais em reservatório de óleo pesado

The application of thermal methods, to increase the recovery of heavy oil in mature fields through drainage with multilateral and horizontal wells, has been thoroughly studied, theorically, experimentally, testing new tools and methods. The continuous injection of steam, through a steam injector well and a horizontal producer well in order to improve horizontal sweep of the fluid reservoir, it is an efficient method. Starting from an heterogeneous model, geologically characterized, modeling geostatistics, set history and identification of the best path of permeability, with seismic 3D, has been dubbed a studying model. It was studied horizontal wells in various directions in relation to the steam and the channel of higher permeability, in eight different depths. Into in the same area were studied, the sensitivity of the trajectories of horizontal wells, according to the depth of navigation. With the purpose of obtaining the highest output of oil to a particular flow, quality, temperature and time for the injection of steam. The wells studied showed a significant improvement in the cumulative oil recovery in one of the paths by promoting an alternative to application in mature fields or under development fields with heavy oil