Computer graphics applied to anatomy: a study of two bio-cad modeling methods on finite element analysis of human edentulous hemi-mandible

Modeling is a step to perform a finite element analysis. Different methods of model construction are reported in literature, as the Bio-CAD modeling. The purpose of this study was to perform a model evaluation and application using two methods of Bio-CAD modeling from human edentulous hemi-mandible on the finite element analysis. From CT scans of dried human skull was reconstructed a stereolithographic model. Two methods of modeling were performed: STL conversion approach (Model 1) associated to STL simplification and reverse engineering approach (Model 2). For finite element analysis was used the action of lateral pterygoid muscle as loading condition to assess total displacement (D), equivalent von-Mises stress (VM) and maximum principal stress (MP). Two models presented differences on the geometry regarding surface number (1834 (model 1); 282 (model 2)). Were observed differences in finite element mesh regarding element number (30428 nodes/16683 elements (model 1); 15801 nodes/8410 elements (model 2). D, VM and MP stress areas presented similar distribution in two models. The values were different regarding maximum and minimum values of D (ranging 0-0.511 mm (model 1) and 0-0.544 mm (model 2), VM stress (6.36E-04-11.4 MPa (model 1) and 2.15E-04-14.7 MPa (model 2) and MP stress (-1.43-9.14 MPa (model 1) and -1.2-11.6 MPa (model 2). From two methods of Bio-CAD modeling, the reverse engineering presented better anatomical representation compared to the STL conversion approach. The models presented differences in the finite element mesh, total displacement and stress distribution.

Avaliação da caracterização de lesões em mamografia com recurso a sistemas CAD (Computer-Aided Diagnosis)

Os sistemas Computer-Aided Diagnosis (CAD) auxiliam a deteção e diferenciação de lesões benignas e malignas, aumentando a performance no diagnóstico do cancro da mama. As lesões da mama estão fortemente correlacionadas com a forma do contorno: lesões benignas apresentam contornos regulares, enquanto as lesões malignas tendem a apresentar contornos irregulares. Desta forma, a utilização de medidas quantitativas, como a dimensão fractal (DF), pode ajudar na caracterização dos contornos regulares ou irregulares de uma lesão. O principal objetivo deste estudo é verificar se a utilização concomitante de 2 (ou mais) medidas de DF – uma tradicionalmente utilizada, a qual foi designada por “DF de contorno”; outra proposta por nós, designada por “DF de área” – e ainda 3 medidas obtidas a partir destas, por operações de dilatação/erosão e por normalização de uma das medidas anteriores, melhoram a capacidade de caracterização de acordo com a escala BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) e o tipo de lesão. As medidas de DF (DF contorno e DF área) foram calculadas através da aplicação do método box-counting, diretamente em imagens de lesões segmentadas e após a aplicação de um algoritmo de dilatação/erosão. A última medida baseia-se na diferença normalizada entre as duas medidas DF de área antes e após a aplicação do algoritmo de dilatação/erosão. Os resultados demonstram que a medida DF de contorno é uma ferramenta útil na diferenciação de lesões, de acordo com a escala BIRADS e o tipo de lesão; no entanto, em algumas situações, ocorrem alguns erros. O uso combinado desta medida com as quatro medidas propostas pode melhorar a classificação das lesões.

Frame-coherent 3D stippling for non-photorealistic computer graphics

Stipping, non-photorealistic rendering, non-photorealistic computer graphics

Embedding metadata in computer graphics for interaction

Illustration Watermarks, Image annotation, Virtual data exploration, Interaction techniques

Tensor3D: A computer graphics program to simulate 3D real-time deformation and visualization of geometric bodies

Tensor3D is a geometric modeling program with the capacity to simulate and visualize in real-time the deformation, specified through a tensor matrix and applied to triangulated models representing geological bodies. 3D visualization allows the study of deformational processes that are traditionally conducted in 2D, such as simple and pure shears. Besides geometric objects that are immediately available in the program window, the program can read other models from disk, thus being able to import objects created with different open-source or proprietary programs. A strain ellipsoid and a bounding box are simultaneously shown and instantly deformed with the main object. The principal axes of strain are visualized as well to provide graphical information about the orientation of the tensor's normal components. The deformed models can also be saved, retrieved later and deformed again, in order to study different steps of progressive strain, or to make this data available to other programs. The shape of stress ellipsoids and the corresponding Mohr circles defined by any stress tensor can also be represented. The application was written using the Visualization ToolKit, a powerful scientific visualization library in the public domain. This development choice, allied to the use of the Tcl/Tk programming language, which is independent on the host computational platform, makes the program a useful tool for the study of geometric deformations directly in three dimensions in teaching as well as research activities. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Redazione di presentazioni e dispense. Un esempio: I quaternioni nella computer-graphics

L'obiettivo della tesi è individuare gli strumenti più indicati per scrivere un documento a carattere tecnico-scientifico e creare la relativa presentazione multimediale. La scelta degli strumenti è il risultato di un’analisi delle problematiche specifiche. Tuttavia è impossibile fare delle considerazione relativamente a questi strumenti senza averli mai usati in pratica. E' stato quindi scelto un argomento tecnico scientifico come esempio: I quaternioni nella Computher Grafica. L'argomento è stato esposto in una breve dispensa scritta con LaTeX. Nella dispensa sono state inserite diverse immagini generate con Inkscape. La presentazione multimediale è stata realizzata con PowerPoint. Dopo una breve descrizione di ogni programma segue l’esposizione di come essi rispondano alle particolari esigenze di stesura di una presentazione scientifica.

Simulazione di fluidi in Computer Graphics

Questa tesi si focalizza sullo studio dei modelli fisico-matematici attualmente in uso per la simulazione di fluidi al calcolatore con l’obiettivo di fornire nozioni di base e avanzate sull’utilizzo di tali metodi. La trattazione ha lo scopo di facilitare la comprensione dei principi su cui si fonda la simulazione di fluidi e rappresenta una base per la creazione di un proprio simulatore. E’ possibile studiare le caratteristiche di un fluido in movimento mediante due approcci diversi, l’approccio lagrangiano e l’approccio euleriano. Mentre l’approccio lagrangiano ha lo scopo di conoscere il valore, nel tempo, di una qualsiasi proprietà di ciascuna particella che compone il fluido, l’approccio euleriano, fissato uno o più punti del volume di spazio occupato da quest’ultimo, vuole studiare quello che accade, nel tempo, in quei punti. In particolare, questa tesi approfondisce lo studio delle equazioni di Navier-Stokes, approcciandosi al problema in maniera euleriana. La soluzione numerica del sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali derivante dalle equazioni sopracitate, approssima la velocità del fluido, a partire dalla quale è possibile risalire a tutte le grandezze che lo caratterizzano. Attenzione viene riservata anche ad un modello facente parte dell’approccio semi-lagrangiano, il Lattice Boltzmann, considerato una via di mezzo tra i metodi puramente euleriani e quelli lagrangiani, che si basa sulla soluzione dell’equazione di Boltzmann mediante modelli di collisione di particelle. Infine, analogamente al metodo di Lattice Boltzmann, viene trattato il metodo Smoothed Particles Hydrodynamics, tipicamente lagrangiano, secondo il quale solo le proprietà delle particelle comprese dentro il raggio di una funzione kernel, centrata nella particella di interesse, influenzano il valore della particella stessa. Un resoconto pratico della teoria trattata viene dato mediante delle simulazioni realizzate tramite il software Blender 2.76b.

The development of UTCS/NETSIM/ICG: an integrated urban traffic control system - network simulation - interactive computer graphics program. Final report.

Transportation Department, Office of University Research, Washington, D.C.

NETGRAF: a computer graphics aid to the operation and interpretation of NETSIM, a traffic simulation model. Part 1: overview and experimental results. Final report.

Transportation Department, Office of University Research, Washington, D.C.

NETGRAF: a computer graphics aid to the operation and interpretation of NETSIM, a traffic simulation model. Part 3: programmer's guide.

Transportation Department, Office of University Research, Washington, D.C.

Desenvolvimento de métodos construtivos e de novos materiais empregados na confecção de cartuchos de próteses de membros inferiores

The manufacture of prostheses for lower limb amputees (transfemural and transtibial) requires the preparation of a cartridge with appropriate and custom fit to the profile of each patient. The traditional process to the patients, mainly in public hospitals in Brazil, begins with the completion of a form where types of equipment, plugins, measures, levels of amputation etc. are identified. Currently, such work is carried out manually using a common metric tape and caliper of wood to take the measures of the stump, featuring a very rudimentary, and with a high degree of uncertainty geometry of the final product. To address this problem, it was necessary to act in two simultaneously and correlated directions. Originally, it was developed an integrated tool for viewing 3D CAD for transfemoral types of prostheses and transtibial called OrtoCAD I. At the same time, it was necessary to design and build a reader Mechanical equipment (sort of three-dimensional scanner simplified) able to obtain, automatically and with accuracy, the geometric information of either of the stump or the healthy leg. The methodology includes the application of concepts of reverse engineering to computationally generate the representation of the stump and/or the reverse image of the healthy member. The materials used in the manufacturing of prostheses nor always obey to a technical scientific criteria, because, if by one way it meets the criteria of resistance, by the other, it brings serious problems mainly due to excess of weight. This causes to the user various disorders due to lack of conformity. That problem was addressed with the creation of a hybrid composite material for the manufacture of cartridges of prostheses. Using the Reader Fitter and OrtoCAD, the new composite material, which aggregates the mechanical properties of strength and rigidity on important parameters such as low weight and low cost, it can be defined in its better way. Besides, it brings a reduction of up steps in the current processes of manufacturing or even the feasibility of using new processes, in the industries, in order to obtain the prostheses. In this sense, the hybridization of the composite with the combination of natural and synthetic fibers can be a viable solution to the challenges offered above

Modellazione grafica di elicotteri per la simulazione del volo

L'obiettivo di questo elaborato di tesi è la modellazione grafica delle cabine di pilotaggio di due elicotteri civili: si prevede una futura implementazione del modello di volo completo sul simulatore FlightGear. I due velivoli presi in considerazione sono stati sviluppati dall'azienda AgustaWestland e sono denominati AW109 e AW139. I modelli di volo sono composti da una parte grafica e dal modello dinamico del volo. La presente tesi si occupa del primo aspetto. Il lavoro di tesi è iniziato con una fase preliminare di ricerca che ha richiesto lo studio di come i modelli dinamici di volo siano implementati nel simulatore FlightGear; è stato, inoltre, approfondito l'utilizzo del linguaggio di markup XML necessario a descrivere il funzionamento e le caratteristiche dei velivoli in FlightGear. Ha fatto seguito la fase di scrittura dei file XML, facendo riferimento a modelli di elicotteri preesistenti e all'effettiva modellazione degli strumenti di bordo, attraverso il programma CAD Blender. Nella fase finale sono stati studiati e posizionati i vari strumenti principali di bordo, consultando i manuali degli elicotteri e ottenendo delle cabine di pilotaggio del tutto simili a quelle reali dei velivoli considerati. Gli sviluppi futuri di questo lavoro prevedono l'integrazione dei modelli grafici qui implementati nel modello di volo completo dei due elicotteri presi in considerazione.

CAD e engenharia reversa como ferramentas de auxílio na fabricação de cartuchos para próteses ortopédicas

The manufacturing of above and below-knee prosthesis starts by taking surfac measurements of the patient s residual limb. This demands the making of a cartridg with appropriate fitting and customized to the profile of each patient. The traditiona process in public hospitals in Brazil begins with the completion of a record file (according to law nº388, of July 28, 1999 by the ministry of the health) for obtaining o the prosthesis, where it is identified the amputation level, equipment type, fitting type material, measures etc. Nowadays, that work is covered by the Brazilian Nationa Health Service (SUS) and is accomplished in a manual way being used commo measuring tapes characterizing a quite rudimentary, handmade work and without an accuracy.In this dissertation it is presented the development of a computer integrate tool that it include CAD theory, for visualization of both above and below-knee prosthesis in 3D (i.e. OrtoCAD), as well as, the design and the construction a low cos electro-mechanic 3D scanner (EMS). This apparatus is capable to automatically obtain geometric information of the stump or of the healthy leg while ensuring smalle uncertainty degree for all measurements. The methodology is based on reverse engineering concepts so that the EMS output is fed into the above mentioned academi CAD software in charge of the 3D computer graphics reconstruction of the residualimb s negative plaster cast or even the healthy leg s mirror image. The obtained results demonstrate that the proposed model is valid, because it allows the structura analysis to be performed based on the requested loads, boundary conditions, material chosen and wall thickness. Furthermore it allows the manufacturing of a prosthesis cartridge meeting high accuracy engineering patterns with consequent improvement in the quality of the overall production process