Quantitative comparison between the use of 3D vs 2D visualization tools to present building design proposals to non-spatial skilled end users

Information technology in construction (ITC) has been gaining wide acceptance and is being implemented in the construction research domains as a tool to assist decision makers. Most of the research into visualization technologies (VT) has been on the wide range of 3D and simulation applications suitable for construction processes. Despite its development with interoperability and standardization of products, VT usage has remained very low when it comes to communicating and addressing the needs of building end-users (BEU). This paper argues that building end users are a source of experience and expertise that can be brought into the briefing stage for the evaluation of design proposals. It also suggests that the end user is a source of new ideas promoting innovation. In this research a positivistic methodology that includes the comparison of 3D models and the traditional 2D methods is proposed. It will help to identify "how much", if anything, a non-spatial specialist can gain in terms Of "understanding" of a particular design proposal presented, using both methods.

Combining 3D and 2D for less constrained periocular recognition

Periocular recognition has recently become an active topic in biometrics. Typically it uses 2D image data of the periocular region. This paper is the first description of combining 3D shape structure with 2D texture. A simple and effective technique using iterative closest point (ICP) was applied for 3D periocular region matching. It proved its strength for relatively unconstrained eye region capture, and does not require any training. Local binary patterns (LBP) were applied for 2D image based periocular matching. The two modalities were combined at the score-level. This approach was evaluated using the Bosphorus 3D face database, which contains large variations in facial expressions, head poses and occlusions. The rank-1 accuracy achieved from the 3D data (80%) was better than that for 2D (58%), and the best accuracy (83%) was achieved by fusing the two types of data. This suggests that significant improvements to periocular recognition systems could be achieved using the 3D structure information that is now available from small and inexpensive sensors.

Curso E-learning de sistemas multicorpo (multibody systems) para engenheiros mecânicos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

3D visualization software to analyze topological outcomes of topoisomerase reactions.

The action of various DNA topoisomerases frequently results in characteristic changes in DNA topology. Important information for understanding mechanistic details of action of these topoisomerases can be provided by investigating the knot types resulting from topoisomerase action on circular DNA forming a particular knot type. Depending on the topological bias of a given topoisomerase reaction, one observes different subsets of knotted products. To establish the character of topological bias, one needs to be aware of all possible topological outcomes of intersegmental passages occurring within a given knot type. However, it is not trivial to systematically enumerate topological outcomes of strand passage from a given knot type. We present here a 3D visualization software (TopoICE-X in KnotPlot) that incorporates topological analysis methods in order to visualize, for example, knots that can be obtained from a given knot by one intersegmental passage. The software has several other options for the topological analysis of mechanisms of action of various topoisomerases.

Contrôle de l'organisation moléculaire en 2D et 3D par l’utilisation de liaisons hydrogène, de coordination métallique et d'autres interactions

La stratégie de la tectonique moléculaire a montré durant ces dernières années son utilité dans la construction de nouveaux matériaux. Elle repose sur l’auto-assemblage spontané de molécule dite intelligente appelée tecton. Ces molécules possèdent l’habilité de se reconnaitre entre elles en utilisant diverses interactions intermoléculaires. L'assemblage résultant peut donner lieu à des matériaux moléculaires avec une organisation prévisible. Cette stratégie exige la création de nouveaux tectons, qui sont parfois difficiles à synthétiser et nécessitent dans la plupart des cas de nombreuses étapes de synthèse, ce qui empêche ou limite leur mise en application pratique. De plus, une fois formées, les liaisons unissant le corps central du tecton avec ces groupements de reconnaissance moléculaire ne peuvent plus être rompues, ce qui ne permet pas de remodeler le tecton par une procédure synthétique simple. Afin de contourner ces obstacles, nous proposons d’utiliser une stratégie hybride qui se sert de la coordination métallique pour construire le corps central du tecton, combinée avec l'utilisation des interactions plus faibles pour contrôler l'association. Nous appelons une telle entité métallotecton du fait de la présence du métal. Pour explorer cette stratégie, nous avons construit une série de ligands ditopiques comportant soit une pyridine, une bipyridine ou une phénantroline pour favoriser la coordination métallique, substitués avec des groupements diaminotriazinyles (DAT) pour permettre aux complexes de s'associer par la formation de ponts hydrogène. En plus de la possibilité de créer des métallotectons par coordination, ces ligands ditopiques ont un intérêt intrinsèque en chimie supramoléculaire en tant qu'entités pouvant s'associer en 3D et en 2D. En parallèle à notre étude de la chimie de coordination, nous avons ii examiné l'association des ligands, ainsi que celle des analogues, par la diffraction des rayons-X (XRD) et par la microscopie de balayage à effet tunnel (STM). L'adsorption de ces molécules sur la surface de graphite à l’interface liquide-solide donne lieu à la formation de différents réseaux 2D par un phénomène de nanopatterning. Pour comprendre les détails de l'adsorption moléculaire, nous avons systématiquement comparé l’organisation observée en 2D par STM avec celle favorisée dans les structures 3D déterminées par XRD. Nous avons également simulé l'adsorption par des calculs théoriques. Cette approche intégrée est indispensable pour bien caractériser l’organisation moléculaire en 2D et pour bien comprendre l'origine des préférences observées. Ces études des ligands eux-mêmes pourront donc servir de référence lorsque nous étudierons l'association des métallotectons dérivés des ligands par coordination. Notre travail a démontré que la stratégie combinant la chimie de coordination et la reconnaissance moléculaire est une méthode de construction rapide et efficace pour créer des réseaux supramoléculaires. Nous avons vérifié que la stratégie de la tectonique moléculaire est également efficace pour diriger l'organisation en 3D et en 2D, qui montre souvent une homologie importante. Nous avons trouvé que nos ligands hétérocycliques ont une aptitude inattendue à s’adsorber fortement sur la surface de graphite, créant ainsi des réseaux organisés à l'échelle du nanomètre. L’ensemble de ces résultats promet d’offrir des applications dans plusieurs domaines, dont la catalyse hétérogène et la nanotechnologie. Mots clés : tectonique moléculaire, interactions intermoléculaires, stratégie hybride, coordination métallique, diffraction des rayons-X, microscopie de balayage à effet tunnel, graphite, phénomène de nanopatterning, calculs théoriques, ponts hydrogène, chimie supramoléculaire, ligands hétérocycliques, groupements DAT, catalyse hétérogène, nanotechnologie.

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.

Soluções globais para sistemas industriais-teste de software

Relatório de estágio apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Sistemas de Informação Organizacionais

Appraisal of open software for finite element simulation of 2D metal sheet laser cut.

FEA simulation of thermal metal cutting is central to interactive design and manufacturing. It is therefore relevant to assess the applicability of FEA open software to simulate 2D heat transfer in metal sheet laser cuts. Application of open source code (e.g. FreeFem++, FEniCS, MOOSE) makes possible additional scenarios (e.g. parallel, CUDA, etc.), with lower costs. However, a precise assessment is required on the scenarios in which open software can be a sound alternative to a commercial one. This article contributes in this regard, by presenting a comparison of the aforementioned freeware FEM software for the simulation of heat transfer in thin (i.e. 2D) sheets, subject to a gliding laser point source. We use the commercial ABAQUS software as the reference to compare such open software. A convective linear thin sheet heat transfer model, with and without material removal is used. This article does not intend a full design of computer experiments. Our partial assessment shows that the thin sheet approximation turns to be adequate in terms of the relative error for linear alumina sheets. Under mesh resolutions better than 10e−5 m , the open and reference software temperature differ in at most 1 % of the temperature prediction. Ongoing work includes adaptive re-meshing, nonlinearities, sheet stress analysis and Mach (also called ‘relativistic’) effects.

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.

Análise comparativa dos resultados obtidos pelos métodos de calibração de campo tridimensional e bidimensional

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Quatro Desenhos de Frank Lloyd Wright

O objetivo deste trabalho é discutir aspectos do processo de projeto e sua representação gráfica, num momento em que softwares de projeto 3D vem se tornando hegemônicos na prática do arquiteto e no ensino de arquitetura, em contraponto às práticas de desenho em prancheta. Os motivos e circunstâncias não são objeto do trabalho, cujo foco está numa prática de projeto e representação gráfica 2D, mas que tem muito a contribuir para o debate do quadro acima: os desenhos de projeto de Frank Lloyd Wright. Casos de estudo: quatro pranchas desenhadas por FLLW. É importante notar que, no vasto quadro da historiografia wrightiana, análises e interpretações originais, pioneiras, da arquitetura vem surgindo nas últimas décadas, mas ainda há poucos textos sobre desenhos e representação gráfica do arquiteto. Este constitui uma primeira aproximação do autor acerca de tema que oferece abrangente potencial. São exemplos em que, na relação imagem-objeto, a representação bidimensional constrói o projeto tridimensional. A arquitetura emerge como experimentação sem cair na especulação formal. Demonstram uma prática mais lenta, reflexiva e laboriosa do que a oferecida pelos software 3D atuais – mas onde cada traço, textura e grafismo implica um significado de espaço e materialidade.

Stereoselective virtual screening of the ZINC database using atom pair 3D-fingerprints

Background Tools to explore large compound databases in search for analogs of query molecules provide a strategically important support in drug discovery to help identify available analogs of any given reference or hit compound by ligand based virtual screening (LBVS). We recently showed that large databases can be formatted for very fast searching with various 2D-fingerprints using the city-block distance as similarity measure, in particular a 2D-atom pair fingerprint (APfp) and the related category extended atom pair fingerprint (Xfp) which efficiently encode molecular shape and pharmacophores, but do not perceive stereochemistry. Here we investigated related 3D-atom pair fingerprints to enable rapid stereoselective searches in the ZINC database (23.2 million 3D structures). Results Molecular fingerprints counting atom pairs at increasing through-space distance intervals were designed using either all atoms (16-bit 3DAPfp) or different atom categories (80-bit 3DXfp). These 3D-fingerprints retrieved molecular shape and pharmacophore analogs (defined by OpenEye ROCS scoring functions) of 110,000 compounds from the Cambridge Structural Database with equal or better accuracy than the 2D-fingerprints APfp and Xfp, and showed comparable performance in recovering actives from decoys in the DUD database. LBVS by 3DXfp or 3DAPfp similarity was stereoselective and gave very different analogs when starting from different diastereomers of the same chiral drug. Results were also different from LBVS with the parent 2D-fingerprints Xfp or APfp. 3D- and 2D-fingerprints also gave very different results in LBVS of folded molecules where through-space distances between atom pairs are much shorter than topological distances. Conclusions 3DAPfp and 3DXfp are suitable for stereoselective searches for shape and pharmacophore analogs of query molecules in large databases. Web-browsers for searching ZINC by 3DAPfp and 3DXfp similarity are accessible at www.gdb.unibe.ch webcite and should provide useful assistance to drug discovery projects.

Utilizing Depth Information for Emerging 3D Applications

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Face recognition using a unified 3D morphable model

We address the problem of 3D-assisted 2D face recognition in scenarios when the input image is subject to degradations or exhibits intra-personal variations not captured by the 3D model. The proposed solution involves a novel approach to learn a subspace spanned by perturbations caused by the missing modes of variation and image degradations, using 3D face data reconstructed from 2D images rather than 3D capture. This is accomplished by modelling the difference in the texture map of the 3D aligned input and reference images. A training set of these texture maps then defines a perturbation space which can be represented using PCA bases. Assuming that the image perturbation subspace is orthogonal to the 3D face model space, then these additive components can be recovered from an unseen input image, resulting in an improved fit of the 3D face model. The linearity of the model leads to efficient fitting. Experiments show that our method achieves very competitive face recognition performance on Multi-PIE and AR databases. We also present baseline face recognition results on a new data set exhibiting combined pose and illumination variations as well as occlusion.