Validation of a 3D damage model for predicting the response of composite structures under crushing loads

A 3D intralaminar continuum damage mechanics based material model, combining damage mode interaction and material nonlinearity, was developed to predict the damage response of composite structures undergoing crush loading. This model captures the structural response without the need for calibration of experimentally determined material parameters. When used in the design of energy absorbing composite structures, it can reduce the dependence on physical testing. This paper validates this model against experimental data obtained from the literature and in-house testing. Results show that the model can predict the force response of the crushed composite structures with good accuracy. The simulated energy absorption in each test case was within 12% of the experimental value. Post-crush deformation and the damage morphologies, such as ply splitting, splaying and breakage, were also accurately reproduced. This study establishes the capability of this damage model for predicting the responses of composite structures under crushing loads.

REVERIE: Natural Human Interaction in Virtual Immersive Environments

REVERIE (REal and Virtual Engagement in Realistic Immersive Environments [1]) targets novel research to address the demanding challenges involved with developing state-of-the-art technologies for online human interaction. The REVERIE framework enables users to meet, socialise and share experiences online by integrating cutting-edge technologies for 3D data acquisition and processing, networking, autonomy and real-time rendering. In this paper, we describe the innovative research that is showcased through the REVERIE integrated framework through richly defined use-cases which demonstrate the validity and potential for natural interaction in a virtual immersive and safe environment. Previews of the REVERIE demo and its key research components can be viewed at www.youtube.com/user/REVERIEFP7.

O trabalho de projeto em ambientes 3D e as aprendizagens de sistemas multimédia : uma prática de ensino com alunos do 12º ano

Relatório da Prática de Ensino Supervisionada, Ensino de Informática, Universidade de Lisboa, 2013

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Organisation moléculaire dirigée par le groupe CONH2 en 2D et 3D

Notre étude a pour objet la conception, la synthèse ainsi que l’étude structurale d’architectures supramoléculaires obtenues par auto-assemblage, en se basant sur les concepts de la tectonique moléculaire. Cette branche de la chimie supramoléculaire s’occupe de la conception et la synthèse de molécules organiques appelées tectons, du grec tectos qui signifie constructeur. Le tecton est souvent constitué de sites de reconnaissance branchés sur un squelette bien choisi. Les sites de reconnaissance orientés par la géométrie du squelette peuvent participer dans des interactions intermoléculaires qui sont suffisamment fortes et directionnelles pour guider la topologie du cristal résultant. La stratégie envisagée utilise des processus d'auto-assemblage engageant des interactions réversibles entre les tectons. L’auto-assemblage dirigé par de fortes interactions intermoléculaires directionnelles est largement utilisé pour fabriquer des matériaux dont les composants doivent être positionnés en trois dimensions (3D) d'une manière prévisible. Cette stratégie peut également être utilisée pour contrôler l’association moléculaire en deux dimensions (2D), ce qui permet la construction de monocouches organisées et prédéterminées sur différents types des surfaces, tels que le graphite.Notre travail a mis l’accent sur le comportement de la fonction amide comme fonction de reconnaissance qui est un analogue du groupement carboxyle déjà utilisé dans plusieurs études précédentes. Nous avons étudié le comportement d’une série de composés contenant un noyau plat conçu pour faciliter l'adsorption sur le graphite et modifiés par l'ajout de groupes amide pour favoriser la formation de liaisons hydrogène entre les molécules ainsi adsorbées. La capacité de ces composés à former de monocouches organisées à l’échelle moléculaire en 2D a été examinée par microscopie à effet tunnel, etleur organisation en 3D a également été étudiée par cristallographie aux rayons X. Dans notre étude, nous avons systématiquement modifié la géométrie moléculaire et d'autres paramètres afin d'examiner leurs effets sur l'organisation moléculaire. Nos résultats suggèrent que les analyses structurales combinées en 2D et 3D constituent un important atout dans l'effort pour comprendre les interactions entre les molécules adsorbées et l’effet de l’interaction avec la surface du substrat.

Analyse cinématique 3D de la coordination des articulations de l'épaule par l'entremise du rythme scapulo-huméral

L'épaule est souvent affectée par des troubles musculo-squelettiques. Toutefois, leur évaluation est limitée à des mesures qualitatives qui nuisent à la spécificité et justesse du diagnostic. L'analyse de mouvement tridimensionnel pourrait complémenter le traitement conventionnel à l'aide de mesures quantitatives fonctionnelles. L'interaction entre les articulations de l'épaule est estimée par le rythme scapulo-huméral, mais la variabilité prononcée qu'il affiche nuit à son utilisation clinique. Ainsi, l'objectif général de cette thèse était de réduire la variabilité de la mesure du rythme scapulo-huméral. L'effet de la méthode de calcul du rythme scapulo-huméral et des conditions d'exécution du mouvement (rotation axiale du bras, charge, vitesse, activité musculaire) ont été testées. La cinématique des articulations de l'épaule a été calculé par chaîne cinématique et filtre de Kalman étendu sur des sujets sains avec un système optoélectronique. La méthode usuelle de calcul du rythme scapulo-huméral extrait les angles d'élévation gléno-humérale et de rotation latérale scapulo-thoracique. Puisque ces angles ne sont pas co-planaires au thorax, leur somme ne correspond pas à l'angle d'élévation du bras. Une nouvelle approche de contribution articulaire incluant toutes les rotations de chaque articulation est proposée et comparée à la méthode usuelle. La méthode usuelle surestimait systématiquement la contribution gléno-humérale par rapport à la méthode proposée. Ce nouveau calcul du rythme scapulo-huméral permet une évaluation fonctionnelle dynamique de l'épaule et réduit la variabilité inter-sujets. La comparaison d'exercices de réadaptation du supra-épineux contrastant la rotation axiale du bras a été réalisée, ainsi que l'effet d'ajouter une charge externe. L'exercice «full-can» augmentait le rythme scapulo-huméral et la contribution gléno-humérale ce qui concorde avec la fonction du supra-épineux. Au contraire, l'exercice «empty-can» augmentait la contribution scapulo-thoracique ce qui est associé à une compensation pour éviter la contribution gléno-humérale. L'utilisation de charge externe lors de la réadaptation du supra-épineux semble justifiée par un rythme scapulo-huméral similaire et une élévation gléno-humérale supérieure. Le mouvement de l'épaule est souvent mesuré ou évalué en condition statique ou dynamique et passive ou active. Cependant, l'effet de ces conditions sur la coordination articulaire demeure incertain. La comparaison des ces conditions révélait des différences significatives qui montrent l'importance de considérer les conditions de mouvement pour l'acquisition ou la comparaison des données.

L’impact de la stéréoscopie dans la reconnaissance, la perception et la constance de forme 3D

Les buts des recherches présentées dans cette thèse étaient d’évaluer le rôle de la stéréoscopie dans la reconnaissance de forme, dans la perception du relief et dans la constance de forme. La première étude a examiné le rôle de la stéréoscopie dans la perception des formes visuelles en utilisant une tâche de reconnaissance de formes. Les stimuli pouvaient être présentés en 2D, avec disparité normale (3D) ou avec disparité inversée. La performance de reconnaissance était meilleure avec les modes de présentation 2D et 3D qu’avec la 3D inversée. Cela indique que la stéréoscopie contribue à la reconnaissance de forme. La deuxième étude s’est intéressée à la contribution conjointe de l’ombrage et de la stéréoscopie dans la perception du relief des formes. Les stimuli étaient des images d’une forme 3D convexe synthétique présentée sous un point de vue menant à une ambigüité quant à sa convexité. L’illumination pouvait provenir du haut ou du bas et de la gauche ou de la droite, et les stimuli étaient présentés dichoptiquement avec soit de la disparité binoculaire normale, de la disparité inversée ou sans disparité entre les vues. Les participants ont répondu que les formes étaient convexes plus souvent lorsque la lumière provenait du haut que du bas, plus souvent avec la disparité normale qu’en 2D, et plus souvent avec absence de disparité qu’avec disparité inversée. Les effets de direction d’illumination et du mode de présentation étaient additifs, c’est-à-dire qu’ils n’interagissaient pas. Cela indique que l’ombrage et la stéréoscopie contribuent indépendamment à la perception du relief des formes. La troisième étude a évalué la contribution de la stéréoscopie à la constance de forme, et son interaction avec l’expertise perceptuelle. Elle a utilisé trois tâches de discrimination séquentielle de trombones tordus ayant subi des rotations en profondeur. Les stimuli pouvaient être présentés sans stéréoscopie, avec stéréoscopie normale ou avec stéréoscopie inversée. Dans la première moitié de l’Exp. 1, dans laquelle les variations du mode de présentation étaient intra-sujets, les performances étaient meilleures en 3D qu’en 2D et qu’en 3D inversée. Ces effets ont été renversés dans la seconde moitié de l’expérience, et les coûts de rotation sont devenus plus faibles pour la 2D et la 3D inversée que pour la 3D. Dans les Exps. 2 (variations intra-sujets du mode de présentation, avec un changement de stimuli au milieu de l’expérience) et 3 (variations inter-sujets du mode de présentation), les effets de rotation étaient en tout temps plus faibles avec stéréoscopie qu’avec stéréoscopie inversée et qu’en 2D, et plus faibles avec stéréoscopie inversée que sans stéréoscopie. Ces résultats indiquent que la stéréoscopie contribue à la constance de forme. Toutefois, cela demande qu’elle soit valide avec un niveau minimal de consistance, sinon elle devient stratégiquement ignorée. En bref, les trois études présentées dans cette thèse ont permis de montrer que la stéréoscopie contribue à la reconnaissance de forme, à la perception du relief et à la constance de forme. De plus, l’ombrage et la stéréoscopie sont intégrés linéairement.

Semiautomated 3D liver segmentation using computed tomography and magnetic resonance imaging

Le foie est un organe vital ayant une capacité de régénération exceptionnelle et un rôle crucial dans le fonctionnement de l’organisme. L’évaluation du volume du foie est un outil important pouvant être utilisé comme marqueur biologique de sévérité de maladies hépatiques. La volumétrie du foie est indiquée avant les hépatectomies majeures, l’embolisation de la veine porte et la transplantation. La méthode la plus répandue sur la base d'examens de tomodensitométrie (TDM) et d'imagerie par résonance magnétique (IRM) consiste à délimiter le contour du foie sur plusieurs coupes consécutives, un processus appelé la «segmentation». Nous présentons la conception et la stratégie de validation pour une méthode de segmentation semi-automatisée développée à notre institution. Notre méthode représente une approche basée sur un modèle utilisant l’interpolation variationnelle de forme ainsi que l’optimisation de maillages de Laplace. La méthode a été conçue afin d’être compatible avec la TDM ainsi que l' IRM. Nous avons évalué la répétabilité, la fiabilité ainsi que l’efficacité de notre méthode semi-automatisée de segmentation avec deux études transversales conçues rétrospectivement. Les résultats de nos études de validation suggèrent que la méthode de segmentation confère une fiabilité et répétabilité comparables à la segmentation manuelle. De plus, cette méthode diminue de façon significative le temps d’interaction, la rendant ainsi adaptée à la pratique clinique courante. D’autres études pourraient incorporer la volumétrie afin de déterminer des marqueurs biologiques de maladie hépatique basés sur le volume tels que la présence de stéatose, de fer, ou encore la mesure de fibrose par unité de volume.

Realismo 3D aplicado a la Gestión Municipal

La visualización 3D ofrece una serie de ventajas y funcionalidades cada vez más demandadas, por lo que es conveniente su incorporación a las aplicaciones GIS. El sistema propuesto integra la vista 2D propia de un GIS y la vista 3D garantizando la interacción entre ellas y teniendo por resultado una solución GIS integral. Se permite la carga de Modelos Digitales del Terreno (MDT), de forma directa o empleando servicios OGC-CSW, para la proyección de los elementos 2D, así como la carga de modelos 3D. Además el sistema está dotado de herramientas para extrusión y generación automática de volúmenes empleando parámetros existentes en la información 2D. La generación de las construcciones a partir de su altura y la elaboración de redes tridimensionales a partir de la profundidad en las infraestructuras son algunos casos prácticos de interés. Igualmente se permite no sólo la consulta y visualización sino también la edición 3D, lo que supone una importante ventaja frente a otros sistemas 3D. LocalGIS, Sistema de Información Territorial de software libre aplicado a la gestión municipal, es el sistema GIS empleado para la incorporación del prototipo. Se permite por lo tanto aplicar todas las ventajas y funcionalidades propias del 3D a la gestión municipal que LocalGIS realiza. Esta tecnología ofrece un campo de aplicaciones muy amplio y prometedor

4,4 '-Dipyridyl-N,N '-dioxide complexes of metal-thiocyanate/selenocyanate: pi-stacked molecular rods as three-dimensional support for two-dimensional polymeric sheets and intra/interchain S center dot center dot center dot S interaction dependent architecture of the R-2(2)(8) synthon driven assembly of one-dimensional polymeric chains

Three supramolecular complexes of Co(II) using SCN-/SeCN- in combination with 4,4'-dipyridyl-N,N'-dioxide (dpyo), i.e., {[Co(SCN)(2)(dpyo)(2)].(dpyo)}(n) ( 1), {[Co(SCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)].(H2O)}(n) ( 2), {[Co(SeCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)]center dot(H2O)}(n) ( 3), have been synthesized and characterized by single-crystal X-ray analysis. Complex 1 is a rare example of a dpyo bridged two-dimensional (2D) coordination polymer, and pi-stacked dpyo supramolecular rods are generated by the lattice dpyo, passing through the rhombic grid of stacked layers, resulting in a three-dimensional (3D) superstructure. Complexes 2 and 3 are isomorphous one-dimensional (1D) coordination polymers [-Co-dpyo-Co-] that undergo self-assembly leading to a bilayer architecture derived through an R-2(2)(8) H-bonding synthon between coordinated water and dpyo oxygen. A reinvestigation of coordination polymers [Mn(SCN)(2)(dpyo)( H2O)(MeOH)](n) ( 4) and {[Fe(SCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)]center dot(H2O)}(n) ( 5) reported recently by our group [ Manna et al. Indian J. Chem. 2006, 45A, 1813] reveals brick wall topology rather than bilayer architecture is due to the decisive role of S center dot center dot center dot S/Se center dot center dot center dot Se interactions in determining the helical nature in 4 and 5 as compared to zigzag polymeric chains in 2 and 3, although the same R-2(2)(8) synthon is responsible for supramolecular assembly in these complexes.

Syntheses of two new 1D and 3D networks of Cu(II) and Co(II) using malonate and urotropine as bridging ligands: Crystal structures and magnetic studies

Two new metal-organic based polymeric complexes, [Cu-4(O2CCH2CO2)(4)(L)].7H(2)O (1) and [CO2(O2CCH2CO2)(2)(L)].2H(2)O (2) [L = hexamethylenetetramine (urotropine)], have been synthesized and characterized by X-ray crystal structure determination and magnetic studies. Complex 1 is a 1D coordination polymer comprising a carboxylato, bridged Cu-4 moiety linked by a tetradentate bridging urotropine. Complex 2 is a 3D coordination polymer made of pseudo-two-dimensional layers of Co(II) ions linked by malonate anions in syn-anticonformation which are bridged by bidentate urotropine in trans fashion, Complex 1 crystallizes in the orthothombic system, space group Pmmn, with a = 14,80(2) Angstrom, b = 14.54(2) Angstrom, c = 7.325(10) Angstrom, beta = 90degrees, and Z = 4. Complex 2 crystallizes in the orthorhombic system, space group Imm2, a = 7.584(11) Angstrom, b = 15.80(2) Angstrom, c = 6.939(13) Angstrom, beta = 90.10degrees(1), and Z = 4. Variable temperature (300-2 K) magnetic behavior reveals the existence of ferro- and antiferromagnetic interactions in 1 and only antiferromagnetic interactions in 2. The best fitted parameters for complex 1 are J = 13.5 cm(-1), J = -18.1 cm(-1), and g = 2.14 considering only intra-Cu-4 interactions through carboxylate and urotropine pathways. In case of complex 2, the fit of the magnetic data considering intralayer interaction through carboxylate pathway as well as interlayer interaction via urotropine pathway gave no satisfactory result at this moment using any model known due to considerable orbital contribution of Co(II) ions to the magnetic moment and its complicated structure. Assuming isolated Co(II) ions (without any coupling, J = 0) the shape of the chi(M)T curve fits well with experimental data except at very low temperatures.

Textual communication in Virtual Environments for real world interaction

Ever since man invented writing he has used text to store and distribute his thoughts. With the advent of computers and the Internet the delivery of these messages has become almost instant. Textual conversations can now be had regardless of location or distance. Advances in computational power for 3D graphics are enabling Virtual Environments(VE) within which users can become increasingly more immersed. By opening these environments to other users such as initially through sharing these text conversations channels, we aim to extend the immersed experience into an online virtual community. This paper examines work that brings textual communications into the VE, enabling interaction between the real and virtual worlds.

Livestock and learning: evaluation of a prototype 3D virtual learning environment for livestock practitioners in India and Bolivia

Livestock are a key asset for the global poor. However, access to relevant information is a critical issue for both the poor and the practitioners who serve them. Therefore, the authors describe a web-based Virtual Learning Environment to disseminate educational materials on priority animal health constraints in Bolivia and India. The aim was to explore demand for 3D among development practitioners in the South. Two wider arguments from the ICT4D literature framed the analysis: the concept of 3D as a ‘lead technology’ and the relevance of Internet skills to the adoption of a 3D format. The results illustrated that neither construct influenced demand. Rather, study participants were ready adopters but desired greater levels of interaction and thereby, a more collaborative learning environment. Therefore, 3D has a number of potential benefits to enhance knowledge sharing among community practitioners in the Global South.

The importance of anisotropic Coulomb interaction in LaMnO3

In low-temperature anti-ferromagnetic LaMnO3, strong and localized electronic interactions among Mn 3d electrons prevent a satisfactory description from standard local density and generalized gradient approximations in density functional theory calculations. Here we show that the strong on-site electronic interactions are described well only by using direct and exchange corrections to the intra-orbital Coulomb potential. Only DFT+U calculations with explicit exchange corrections produce a balanced picture of electronic, magnetic and structural observables in agreement with experiment. To understand the reason, a rewriting of the functional form of the +U corrections is presented that leads to a more physical and transparent understanding of the effect of these correction terms. The approach highlights the importance of Hund’s coupling (intra-orbital exchange) in providing anisotropy across the occupation and energy eigenvalues of the Mn d states. This intra-orbital exchange is the key to fully activating the Jahn-Teller distortion, reproducing the experimental band gap and stabilizing the correct magnetic ground state in LaMnO3. The best parameter values for LaMnO3 within the DFT(PBEsol)+U framework are determined to be U = 8 eV and J = 1.9 eV.