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).

Estimativa de erros no cálculo de gradientes em malhas de Voronoi

O presente trabalho propõe analisar metodologias para o cálculo do gradiente em malhas não-estruturadas do tipo Voronoi que são utilizadas no método de Volumes Finitos. Quatro metodologias para o cálculo do gradiente são testadas e comparadas com soluções analíticas. As técnicas utilizadas são: Método do Balanço de Forças, Método do Mínimo Resíduo Quadrático, Método da Média dos Gradientes Projetos e Método da Média dos Gradientes Projetados Corrigidos. Uma análise por série de Taylor também foi feita, e as equações analíticas comparadas com resultados numéricos. Os testes são realizados em malhas cartesianas e malhas triangulares, que em um trabalho anterior apresentaram alguns resultados inconsistentes. A influência do ponto gerador e do ângulo de rotação é analisada. É verificado que a posição do ponto gerador e a metodologia utilizada em cada malha influencia no cálculo do gradiente. Dependendo da malha e da metodologia utilizada, as equações analíticas indicaram que existem erros associados, que prejudicam o cálculo do gradiente.

Estudos dos polimorfismos dos genes da apolipoproteína E (ApoE) e do receptor de LDL (RLDL - A370T) em indivíduos jovens pertencentes ao estudo do Rio de Janeiro em seguimento de 28 Anos

Estudos demonstram a associação de alterações da apolipoproteína E (ApoE) e do receptor do LDL (RLDL) com a ocorrência de doenças cardiovasculares e dislipidemia. O objetivo principal deste trabalho foi investigar a associação entre genótipos diferenciais da ApoE e do RLDL com a persistência de alterações de variáveis lipídicas em indivíduos jovens acompanhados há 28 anos no Estudo do Rio de Janeiro (ERJ). Através de um estudo longitudinal, tipo coorte, investigou-se 56 indivíduos (35M) em três avaliações. Em A1 (13.301.53 anos), A2 (22.091.91 anos) e A3 (31.231.99). Nas três ocasiões foi realizada avaliação clínica. Em A2 e A3 foram dosados colesterol total, HDL, LDL e triglicerídeos. Em A3 acrescentou-se o estudo dos polimorfismos genéticos da ApoE e do RLDL. Os fragmentos de interesse neste estudo foram amplificados por PCR (polymerase chain reaction) e os genótipos foram identificados através de reações de restrição. As frequências genotípicas de ApoE foram ε3/ε3 (62,5%), ε3/ε4 (25%), ε2/ε3 (5,4%) ,ε2/ε4 (5,4%) e ε4/ε4 (1,8%) e para os genótipos de RLDL foram AA (85,7%), AT (12,5%) e TT (1,8%). O genótipo ε2/ε2 não foi observado. A análise da distribuição dos genótipos de ApoE segundo a permanência de dislipidemia mostrou que todos os indivíduos com genótipo de ApoE dos tipos ε2/ε4 e ε4/ε4 mantiveram pelo menos um lípide alterado em A2 e A3 entretanto, todos os indivíduos com genótipo de ApoE do tipo ε2/ε3 não apresentaram lípides alterados em A2 e A3. Para o genótipo do RLDL não houve diferença significativa. Quando analisadas isoladamente, não foi identificado nenhum resultado significativo em A2 e/ou A3 associado a estes genótipos. O polimorfismo do gene da ApoE esteve associado à permanência de dislipidemia em indivíduos jovens acompanhados em estudo de seguimento longitudinal

Coprocessador para operações quânticas.

A demanda crescente por poder computacional estimulou a pesquisa e desenvolvimento de processadores digitais cada vez mais densos em termos de transistores e com clock mais rápido, porém não podendo desconsiderar aspectos limitantes como consumo, dissipação de calor, complexidade fabril e valor comercial. Em outra linha de tratamento da informação, está a computação quântica, que tem como repositório elementar de armazenamento a versão quântica do bit, o q-bit ou quantum bit, guardando a superposição de dois estados, diferentemente do bit clássico, o qual registra apenas um dos estados. Simuladores quânticos, executáveis em computadores convencionais, possibilitam a execução de algoritmos quânticos mas, devido ao fato de serem produtos de software, estão sujeitos à redução de desempenho em razão do modelo computacional e limitações de memória. Esta Dissertação trata de uma versão implementável em hardware de um coprocessador para simulação de operações quânticas, utilizando uma arquitetura dedicada à aplicação, com possibilidade de explorar o paralelismo por replicação de componentes e pipeline. A arquitetura inclui uma memória de estado quântico, na qual são armazenados os estados individuais e grupais dos q-bits; uma memória de rascunho, onde serão armazenados os operadores quânticos para dois ou mais q-bits construídos em tempo de execução; uma unidade de cálculo, responsável pela execução de produtos de números complexos, base dos produtos tensoriais e matriciais necessários à execução das operações quânticas; uma unidade de medição, necessária à determinação do estado quântico da máquina; e, uma unidade de controle, que permite controlar a operação correta dos componente da via de dados, utilizando um microprograma e alguns outros componentes auxiliares.

Processamento mental da concordância verbal em estruturas do português brasileiro: investigação de possível interferência em sentenças com elemento movido sintaticamente

Muitos trabalhos têm buscado compreender como se dá o processamento da concordância entre sujeito e verbo e investigar fatores que possam influenciar a produção correta da concordância, gerando os chamados erros de concordância verbal. Franck et al (2010) realizaram pesquisa na língua francesa e encontraram interferência devido a elemento movido sintaticamente na produção da concordância verbal. Se faz necessário investigar se o fenômeno envolvendo movimento é o mesmo em sentenças do português brasileiro. Sendo assim, nosso objetivo foi investigar uma possível interferência de cópia de número plural entre sujeito e verbo (em relação de concordância) de elemento movido sintaticamente em construção de árvore sintática do PB, observando a origem do erro e tentando mostrar se há autonomia do formulador sintático. Ao propormos o diálogo entre Teoria Linguística e Psicolinguística utilizando o Programa Minimalista, versão mais atual do Gerativismo de Chomsky, a fim de observar a derivação sintática e o processamento das sentenças, acreditamos que o estudo de formulação sintática e um olhar por meio de um modelo de processamento, que abarquem tanto a formulação como a produção, esclareceriam a nós pontos importantes sobre o funcionamento da concordância verbal. A nossa hipótese é a de que um erro de concordância verbal não ocorra devido ao formulador sintático em estruturas de PB, buscaremos respostas para isso no modelo MIMC (Modelo Integrado Misto da Computação On-Line) (Corrêa & Augusto, 2007). No entanto, por outro lado, se um erro de concordância ocorre, tentaremos encontrar uma outra explicação que não proveniente da sintaxe, tal como, por exemplo, devido a aspecto de ordem morfofonológica e devido a tamanho da sentença, como colocado pelo modelo PMP (Modelo de Processamento Monitorado por parser (Rodrigues, 2006). À medida que realizamos dois experimentos com sentenças declarativa e interrogativa com o movimento do elemento DP e QU, os resultados mostram que o tamanho da sentença e fatores morfofonológicos podem produzir interferência devido ao tipo de elemento movido. Os resultados cedem terreno para assumir um formulador sintático autônomo e abre caminho para próximas investigações sobre o processamento da concordância verbal e possíveis interferências durante a sua produção

Navegantes e surfistas: as curvaturas do ciberespaço nas vizinhanças dos portais

De um território livre, construído em torno dos princípios da liberdade e da colaboração um ambiente onde pode ser exercida a liberdade de ser (ou parecer), de dizer (ou escrever) e de ouvir (ou ler), para o bem ou para o mal, a massificação do uso da Internet tem constituído um espaço social (virtual) contraditório e diversificado, onde forças cuja vocação parece ser homogeneizar (e possivelmente pasteurizar) esse território livre da diferença têm sido postas em cena. Dentre essas forças, lugar especial é ocupado pelo que se convencionou chamar portais de interesse geral. Tais sites, ao procurar responder a diferentes interesses, de modo a assegurar que o máximo possível de anseios de seus usuários seja satisfeito sem a necessidade de navegarem para fora dos seus domínios, são construídos como empreendimentos cujo sucesso requer o controle do comportamento de navegação dos usuários o que, neste caso, não pode ser feito senão através do discurso (persuasivo). A hipótese que salta aos olhos é evidente: e se este não for apenas um controle pelo discurso, mas um controle do discurso? A premissa é, evidentemente, que tais sites constituem uma categoria especial de artefatos de linguagem produzidos no interior de eventos comunicativos bem determinados, isto é, um gênero emergente do discurso. Assim, o objetivo primário da presente pesquisa consistiu em determinar como o modo de funcionamento discursivo do portal contribui para afetar os hábitos de navegação dos seus usuários, curvando e distorcendo o ciberespaço nas suas vizinhanças. Para isso procuramos abordar o que chamamos atratores retóricos, isto é, aquelas estratégias (discursivas) destinadas a seduzir, convencer ou mesmo fraudar os usuários de modo a assegurar sua permanência na órbita dos portais, fazendo desses websites vetores da ordem do discurso, um elemento de controle do caos típico do ciberespaço, um agente de exorcismo da diferença e subjugação do discurso desenfreado.

Aplicando modelos 3D em realidade virtual para inclusão de requisitos de acessibilidade em projetos arquitetônicos

Este trabalho apresenta uma proposta que oferece ao arquiteto uma metodologia e um conjunto de ferramentas que auxiliará na representação gráfica de projetos de acessibilidade. O elemento base da proposta constitui-se em uma biblioteca de modelos 3D onde os equipamentos de acessibilidade, necessários em um projeto, estão modelados de acordo com a norma NBR9050. Para organizar o conhecimento da norma e guiar o arquiteto no uso da metodologia, a abordagem inclui uma taxonomia dos equipamentos de acessibilidade, utilizada para induzir o uso correto dos mesmos na modelagem 3D e para a construção de um Help integrado às ferramentas providas, auxiliando o arquiteto em suas tomadas de decisão, indicando quais são as melhores soluções propostas pela NBR9050. Para validar a proposta, um protótipo foi desenvolvido e, com este suporte, foi realizada uma avaliação com estudantes de arquitetura onde se verificou a necessidade de novas ferramentas para representação gráfica e de consulta à norma NBR9050 e a aceitação as ferramentas propostas nesta dissertação.

A instalação da televisão educativa no Brasil e o design de Rui de Oliveira para as vinhetas da TVE.

A proposta desse trabalho é mostrar a produção em termos de design das vinhetas para televisão e as técnicas para a produção das mesmas desde o início da televisão no Brasil no ano de 1950, até os primeiros anos da TV Educativa (TVE), período no qual a computação gráfica televisiva dava os primeiros passos no país. Além de fazer um panorama histórico dos elementos gráficos que eram veiculados nesse meio de comunicação e a apresentação de conceitos utilizados na área, o trabalho mostra como funcionava a prática do design gráfico em movimento através dos trabalhos do designer gráfico Rui de Oliveira, que trabalhou na TV Educativa entre os anos de 1977 e 1983.

Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens

O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável.

Métodos espectronodais para cálculos de transporte de partículas neutras com fonte fixa na formulação de ordenadas discretas e multigrupo de energia

Um método espectronodal é desenvolvido para problemas de transporte de partículas neutras de fonte fixa, multigrupo de energia em geometria cartesiana na formulação de ordenadas discretas (SN). Para geometria unidimensional o método espectronodal multigrupo denomina-se método spectral Greens function (SGF) com o esquema de inversão nodal (NBI) que converge solução numérica para problemas SN multigrupo em geometria unidimensional, que são completamente livre de erros de truncamento espacial para ordem L de anisotropia de espalhamento desde que L < N. Para geometria X; Y o método espectronodal multigrupo baseia-se em integrações transversais das equações SN no interior dos nodos de discretização espacial, separadamente nas direções coordenadas x e y. Já que os termos de fuga transversal são aproximados por constantes, o método nodal resultante denomina-se SGF-constant nodal (SGF-CN), que é aplicado a problemas SN multigrupo de fonte fixa em geometria X; Y com espalhamento isotrópico. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a eficiência dos códigos SGF e SGF-CN e a precisão das soluções numéricas convergidas em cálculos de malha grossa.

Utilização de métodos de comparação de sequências para a detecção de genes taxonomicamente restritos

Desde a década de 1990, os esforços internacionais para a obtenção de genomas completos levaram à determinação do genoma de inúmeros organismos. Isto, aliado ao grande avanço da computação, tem permitido o uso de abordagens inovadoras no estudo da estrutura, organização e evolução dos genomas e na predição e classificação funcional de genes. Entre os métodos mais comumente empregados nestas análises está a busca por similaridades entre sequências biológicas. Análises comparativas entre genomas completamente sequenciados indicam que cada grupo taxonômico estudado até o momento contém de 10 a 20% de genes sem homólogos reconhecíveis em outras espécies. Acredita-se que estes genes taxonomicamente restritos (TRGs) tenham um papel importante na adaptação a nichos ecológicos particulares, podendo estar envolvidos em importantes processos evolutivos. Entretanto, seu reconhecimento não é simples, sendo necessário distingui-los de ORFs não-funcionais espúrias e/ou artefatos derivados dos processos de anotação gênica. Além disso, genes espécie- ou gêneroespecíficos podem representar uma oportunidade para o desenvolvimento de métodos de identificação e/ou tipagem, tarefa relativamente complicada no caso dos procariotos, onde o método padrão-ouro na atualidade envolve a análise de um grupo de vários genes (MultiLocus Sequence Typing MLST). Neste trabalho utilizamos dados produzidos através de análises comparativas de genomas e de sequências para identificar e caracterizar genes espécie- e gênero-específicos, os quais possam auxiliar no desenvolvimento de novos métodos para identificação e/ou tipagem, além de poderem lançar luz em importantes processos evolutivos (tais como a perda e ou origem de genes em linhagens particulares, bem como a expansão de famílias de genes em linhagens específicas) nos organismos estudados.

Problemas inversos em processos difusivos com retenção

Um Estudo para a solução numérica do modelo de difusão com retenção, proposta por Bevilacqua et al. (2011), é apresentado, bem como uma formulação implícita para o problema inverso para a estimativa dos parâmetros envolvidos na formulação matemática do modelo. Através de um estudo minucioso da análise de sensibilidade e do cálculo do coeficiente de correlação de Pearson, são identificadas as chances de se obter sucesso na solução do problema inverso através do método determinístico de Levenberg-Marquardt e dos métodos estocásticos Algoritmo de Colisão de Partículas (Particle Collision Algorithm - PCA) e Evolução Diferencial (Differential Evolution - DE). São apresentados os resultados obtidos através destes três métodos de otimização para três casos de conjunto de parâmetros. Foi observada uma forte correlação entre dois destes três parâmetros, o que dificultou a estimativa simultânea dos mesmos. Porém, foi obtido sucesso nas estimativas individuais de cada parâmetro. Foram obtidos bons resultados para os fatores que multiplicam os termos diferenciais da equação que modela o fenômeno de difusão com retenção.

Casamento e estratificação social : um estudo sobre seletividade marital por escolaridade e origem social no Brasil

Buscou-se, nesse estudo, quantificar e avaliar a homogamia, a heterogamia e as barreiras de cruzamento ao matrimônio via escolaridade (anos de estudo) e origem social (categorias ocupacionais dos pais). As tendências temporais desses padrões também foram examinadas. Analisou-se, ainda, a associação entre escolaridade dos maridos, escolaridade das esposas (status realizado), origem social dos maridos e origem social das esposas (status atribuído). Esse trabalho teve o intuito também de discutir o viés de seletividade marital segundo os diferenciais sociais (anos de estudo e origem social). Para isso, foram analisados parâmetros que mostram como se configuram os padrões de nupcialidade (idade média ao casar e celibato definitivo), bem como foram examinados os determinantes da união sob a perspectiva de três níveis de fatores condicionantes (nível das características individuais, nível do status atribuído e nível do status realizado). Verificou-se que as mulheres com alta escolaridade, no Brasil, permanecem num período maior na condição de solteiras (alta idade média ao casar e alto celibato definitivo). Os homens com alta escolaridade também apresentaram uma alta idade média ao casar, entretanto, o casamento demonstrou ser praticamente universal para esse segmento. Os resultados também mostraram que o aumento de um ano na idade dos indivíduos elevam a chance de união em aproximadamente 5%. Ter uma baixa escolaridade também aumenta a chance dos indivíduos se casarem. A variável origem social apresentou um comportamento dúbio ao ser incorporada no modelo com a variável anos de estudo. Constatou-se que há uma alta proporção de uniões homogâmicas por escolaridade. Para efetuar uma análise adequada das tendências temporais na seletividade marital foi proposto modelos log-lineares em que a dimensão do tempo foi incorporada. O ajustamento dos modelos indicou que a interpretação mais plausível para as tendências temporais na seletividade marital por escolaridade é a da estabilidade dos parâmetros indicativos das propensões homogâmicas. Em relação a análise da seletividade marital e origem social os resultados mostraram que a maior proporção de homogamia pôde ser verificada entre os casais que tinham como origem social a categoria de pequenos proprietários rurais. A conclusão mais plausível ao se analisar os modelos que consideraram as tendências temporais é que a variação temporal dos parâmetros indicativos da seletividade marital por origem social é a característica mais forte dos dados analisados. Ao analisar as chances relativas oriundas desse modelo observou-se que as barreiras de origem social de curta distância (entre segmentos de origem social próximos) são as mais fáceis de serem transpostas. Ao passo que as barreiras mais difíceis de serem ultrapassadas estão concentradas nos dois extremos. Verificou-se, ainda, que as associações entre as interações escolaridade do marido e escolaridade da esposa e origem social do marido e origem social da esposa não são independentes. Assim, pode-se presumir que a origem social (status atribuído) continua influenciando a escolha conjugal mesmo quando se leva em consideração o status realizado (escolaridade dos cônjuges)

Métodos espectrais aplicados à relatividade numérica: determinação dos dados iniciais

Neste trabalho aplicamos métodos espectrais para a determinação da configuração inicial de três espaços-tempos contendo buracos negros. Para isto apresentamos primeiro a foliação do espaço-tempo em hipersuperfícies tridimensionais espaciais parametrizadas pela função temporal t. Este processo é chamado de decomposição 3+1 [2] [5]. O resultado deste processo são dois conjuntos de equações classificadas em equações de vínculo e evolução [4]. As equações de vínculo podem ser divididas em vínculos Hamiltoniano e dos momentos. Para a obtenção dos dados iniciais dos problemas estudados aqui, apenas a equação de vínculo Hamiltoniano será resolvida numericamente, pois as equações de vínculo dos momentos possuem solução analítica nestes casos. Uma pequena descrição dos métodos espectrais é apresentada, destacando-se os método de Galerkin, método pseudoespectral ou de colocação e método de Tau, que são empregados na resolução das equações de vínculo Hamiltoniano dos problemas estudados. Verificamos que os resultados obtidos neste trabalho superam aqueles produzidos por Kidder e Finn [15], devido a uma escolha diferente das funções de base, que aqui satisfazem uma das condições de contorno.

Instituto Superior Tecnológico do Rio de Janeiro: um estudo de caso sobre a formação tecnológica e a cidadania

O Instituto Superior Tecnológico do Rio de Janeiro (IST-Rio) serviu de lócus para a concretização deste trabalho, que traz o relato de uma realidade institucional vivenciada por uma comunidade educacional que incorporou em seu projeto pedagógico humanidades dentro da perspectiva de uma formação tecnológica. O trabalho foi realizado utilizando como base a Teoria Crítica, aplicada ao universo da educação pública superior e focada nos jovens de classe popular oriundos da Cidade do Rio de Janeiro. A caminhada, turbulenta e ao mesmo tempo repleta de desafios, culminou em conquistas importantes, resultantes do esforço de uma equipe que acreditava nas múltiplas possibilidades de concretização de um projeto comprometido com a formação tecnológica na área de ciência da computação a partir da construção de um currículo integrado que contemplasse as disciplinas da área técnica e não deixasse de privilegiar a formação humanística, tão importante para a vida cidadã. Um projeto que ao mesmo tempo tivesse o olhar pedagógico para a construção de suas práticas e a gerência democrática significativa para a necessária consolidação de um novo estilo de convivência. Os resultados foram significativos e representaram avanços para as vidas dos docentes e discentes, além de profundas mudanças na maneira de consolidar o conhecimento, o que alavancou o desenvolvimento de um sentimento institucional capaz de proporcionar a construção de uma proposta de política pública para a ampliação da formação tecnológica em todo o Estado do Rio de Janeiro, apropriando um projeto inovador, criativo e humano.