Estudio y mejora de métodos de registro 3D: aceleración sobre unidades de procesamiento gráfico y caracterización del espacio de transformaciones iniciales

Durante los últimos años ha sido creciente el uso de las unidades de procesamiento gráfico, más conocidas como GPU (Graphic Processing Unit), en aplicaciones de propósito general, dejando a un lado el objetivo para el que fueron creadas y que no era otro que el renderizado de gráficos por computador. Este crecimiento se debe en parte a la evolución que han experimentado estos dispositivos durante este tiempo y que les ha dotado de gran potencia de cálculo, consiguiendo que su uso se extienda desde ordenadores personales a grandes cluster. Este hecho unido a la proliferación de sensores RGB-D de bajo coste ha hecho que crezca el número de aplicaciones de visión que hacen uso de esta tecnología para la resolución de problemas, así como también para el desarrollo de nuevas aplicaciones. Todas estas mejoras no solamente se han realizado en la parte hardware, es decir en los dispositivos, sino también en la parte software con la aparición de nuevas herramientas de desarrollo que facilitan la programación de estos dispositivos GPU. Este nuevo paradigma se acuñó como Computación de Propósito General sobre Unidades de Proceso Gráfico (General-Purpose computation on Graphics Processing Units, GPGPU). Los dispositivos GPU se clasifican en diferentes familias, en función de las distintas características hardware que poseen. Cada nueva familia que aparece incorpora nuevas mejoras tecnológicas que le permite conseguir mejor rendimiento que las anteriores. No obstante, para sacar un rendimiento óptimo a un dispositivo GPU es necesario configurarlo correctamente antes de usarlo. Esta configuración viene determinada por los valores asignados a una serie de parámetros del dispositivo. Por tanto, muchas de las implementaciones que hoy en día hacen uso de los dispositivos GPU para el registro denso de nubes de puntos 3D, podrían ver mejorado su rendimiento con una configuración óptima de dichos parámetros, en función del dispositivo utilizado. Es por ello que, ante la falta de un estudio detallado del grado de afectación de los parámetros GPU sobre el rendimiento final de una implementación, se consideró muy conveniente la realización de este estudio. Este estudio no sólo se realizó con distintas configuraciones de parámetros GPU, sino también con diferentes arquitecturas de dispositivos GPU. El objetivo de este estudio es proporcionar una herramienta de decisión que ayude a los desarrolladores a la hora implementar aplicaciones para dispositivos GPU. Uno de los campos de investigación en los que más prolifera el uso de estas tecnologías es el campo de la robótica ya que tradicionalmente en robótica, sobre todo en la robótica móvil, se utilizaban combinaciones de sensores de distinta naturaleza con un alto coste económico, como el láser, el sónar o el sensor de contacto, para obtener datos del entorno. Más tarde, estos datos eran utilizados en aplicaciones de visión por computador con un coste computacional muy alto. Todo este coste, tanto el económico de los sensores utilizados como el coste computacional, se ha visto reducido notablemente gracias a estas nuevas tecnologías. Dentro de las aplicaciones de visión por computador más utilizadas está el registro de nubes de puntos. Este proceso es, en general, la transformación de diferentes nubes de puntos a un sistema de coordenadas conocido. Los datos pueden proceder de fotografías, de diferentes sensores, etc. Se utiliza en diferentes campos como son la visión artificial, la imagen médica, el reconocimiento de objetos y el análisis de imágenes y datos de satélites. El registro se utiliza para poder comparar o integrar los datos obtenidos en diferentes mediciones. En este trabajo se realiza un repaso del estado del arte de los métodos de registro 3D. Al mismo tiempo, se presenta un profundo estudio sobre el método de registro 3D más utilizado, Iterative Closest Point (ICP), y una de sus variantes más conocidas, Expectation-Maximization ICP (EMICP). Este estudio contempla tanto su implementación secuencial como su implementación paralela en dispositivos GPU, centrándose en cómo afectan a su rendimiento las distintas configuraciones de parámetros GPU. Como consecuencia de este estudio, también se presenta una propuesta para mejorar el aprovechamiento de la memoria de los dispositivos GPU, permitiendo el trabajo con nubes de puntos más grandes, reduciendo el problema de la limitación de memoria impuesta por el dispositivo. El funcionamiento de los métodos de registro 3D utilizados en este trabajo depende en gran medida de la inicialización del problema. En este caso, esa inicialización del problema consiste en la correcta elección de la matriz de transformación con la que se iniciará el algoritmo. Debido a que este aspecto es muy importante en este tipo de algoritmos, ya que de él depende llegar antes o no a la solución o, incluso, no llegar nunca a la solución, en este trabajo se presenta un estudio sobre el espacio de transformaciones con el objetivo de caracterizarlo y facilitar la elección de la transformación inicial a utilizar en estos algoritmos.

Visualization of flow fields in the web platform

Visualization of vector fields plays an important role in research activities nowadays -- Web applications allow a fast, multi-platform and multi-device access to data, which results in the need of optimized applications to be implemented in both high-performance and low-performance devices -- Point trajectory calculation procedures usually perform repeated calculations due to the fact that several points might lie over the same trajectory -- This paper presents a new methodology to calculate point trajectories over highly-dense and uniformly-distributed grid of points in which the trajectories are forced to lie over the points in the grid -- Its advantages rely on a highly parallel computing architecture implementation and in the reduction of the computational effort to calculate the stream paths since unnecessary calculations are avoided, reusing data through iterations -- As case study, the visualization of oceanic currents through in the web platform is presented and analyzed, using WebGL as the parallel computing architecture and the rendering Application Programming Interface

Sistema integrado de generación de mapas de profundidad para videoconferencia 3D en tiempo real

This paper presents the implementation of a high quality real-time 3D video system intended for 3D videoconferencing -- Basically, the system is able to extract depth information from a pair of images coming from a short-baseline camera setup -- The system is based on the use of a variant of the adaptive support-weight algorithm to be applied on GPU-based architectures -- The reason to do it is to get real-time results without compromising accuracy and also to reduce costs by using commodity hardware -- The complete system runs over the GStreamer multimedia software platform to make it even more flexible -- Moreover, an autoestereoscopic display has been used as the end-up terminal for 3D content visualization

Interfaz AIS para aplicaciones en CAD/CAM/CG

Los modeladores geométricos más comunes en el mercado ofrecen, además de sus servicios de modelado, una API (Application Programming Interface) que permite la construcción de aplicaciones o software cliente -- Estas aplicaciones aprovechan los servicios básicos del modelador para proveer tareas específicas -- Sin embargo las diferencias entre API´s de distintos modeladores imposibilita el intercambio del software cliente entre ellos -- Application Interface Specification -AIS- es una API genérica para ser usada por aplicaciones cliente de los modeladores geométricos -- Este artículo reporta la implementación de AIS sobre AutoCAD® y MicroStation® y discute aspectos importantes de dicha implementación -- Además presenta una aplicación cliente neutra que habla lenguaje AIS y por lo tanto se ejecuta transparentemente sobre los dos modeladores -- AIS se presenta como una alternativa económica para escribir aplicaciones de CAD/CAM/CG -- Futuros desarrollos incluyen la implementación de AIS para labores gráficas y/o de base de datos

Analisador de vibrações de dois canais baseado em computador

O presente trabalho teve como principal objectivo o desenvolvimento de um analisador de vibrações de dois canais baseado em computador, para a realização de diagnóstico no âmbito do controlo de condição de máquinas. Foi desenvolvida uma aplicação num computador comum, no software LabVIEW, que através de transdutores de aceleração do tipo MEMS conectados via USB, faz a recolha de dados de vibração e procede ao seu processamento e apresentação ao utilizador. As ferramentas utilizadas para o processamento de dados são ferramentas comuns encontradas em vários analisadores de vibrações disponíveis no mercado. Estas podem ser: gráficos de espectro de frequência, sinal no tempo, cascata ou valores de nível global de vibração, entre outras. Apesar do analisador desenvolvido não apresentar inovação nas ferramentas de análise adoptadas, este pretende ser distinguido pelo baixo custo, simplicidade e carácter didáctico. Este trabalho vem evidenciar as vantagens, desvantagens e potencialidades de um analisador desta natureza. São tiradas algumas conclusões quanto à sua capacidade de diagnóstico de avarias, capacidades como ferramenta didáctica, sensores utilizados e linguagem de programação escolhida. Como conclusões principais, o trabalho revela que os sensores escolhidos não são os indicados para efectuar o diagnóstico de avarias em ambiente industrial, contudo são ideais para tornar este analisador numa boa ferramenta didáctica e de treino.

Aplicação de modelos gráficos probabilísticos computacionais em economia

O objetivo deste trabalho é testar a aplicação de um modelo gráfico probabilístico, denominado genericamente de Redes Bayesianas, para desenvolver modelos computacionais que possam ser utilizados para auxiliar a compreensão de problemas e/ou na previsão de variáveis de natureza econômica. Com este propósito, escolheu-se um problema amplamente abordado na literatura e comparou-se os resultados teóricos e experimentais já consolidados com os obtidos utilizando a técnica proposta. Para tanto,foi construído um modelo para a classificação da tendência do "risco país" para o Brasil a partir de uma base de dados composta por variáveis macroeconômicas e financeiras. Como medida do risco adotou-se o EMBI+ (Emerging Markets Bond Index Plus), por ser um indicador amplamente utilizado pelo mercado.

Paralelización del algoritmo de desenredo y suavizado de mallas de tetraedros y su implementación en procesadores gráficos

[ES] En este proyecto fin de carrera se trata de paralelizar un algoritmo de desenredo y suavizado de mallas de tetraedros en un computador gráfico de tipo GPU. Las mallas de tetraedros son elementos que se suelen usar mucho en simulaciones de sistemas físicos, los cuales necesitan elementos de calidad. Algunos generadores de mallas generan mallas válidas pero de poca calidad. Es por esto que se necesita un algoritmo que sea lo más rápido y eficiente posible para hacer posible este propósito. Con este fin, se intenta implementar dicho algoritmo para aprovechar al máximo los recursos que nos ofrecen los procesadores gráficos de tipo GPU.

Função vísuo-espacial em paralisia cerebral e proposta de novo teste com a ajuda de computador

The first idea of this study is trat there may be a disturbance of the visuo-spatial function in cerebral palsy. This idea is based upon the theories of Luria and Piaget. The second idea of this study is that the computer can help the investigation of visuo-spatial function. With the intention of evaluating the spatial function in cerebral palsy, the literature related to these themes was revised. We justify the proposal of a new test to study visuo-spatial function. This test uses straight lines in four different orientations and the subject has to recognize and arrange them individually or sets of them. This was done through the use of pencil and papel, and computer. The results confirm that there is a spatial disturbance and that a better understanding of the subject's difficulties was made possible through the use of the computer and the Logo computer language.

Hemiparesia congênita avaliação neuropsicológica complementar utilizando computador

We present the neuropsychological assessment with computer aid of six cerebral palsy children. Three children had right hemiparesis and three, left hemiparesis. The tomographic examination showed parietal cavities (porencephalic cyst in 4 children, ischemic injury in 1 case and subarachnoid cyst in 1 case). We have proposed to assess the visuo-spatial function since we suspected the children could have disturbance of this function. We did not detect this disturbance. On the other hand, the children had astereognosia and the right hemiparetic children preferred to execute signs on the right part of the computer visor. We discuss and propose explanations for both findings.

Metodo de reconstrução tridimensional para avaliação postural

Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Educação Física

O uso de videogames, jogos de computador e internet por uma amostra de universitários da Universidade de São Paulo

OBJETIVO: Avaliar uso de jogos eletrônicos (videogames, jogos de computador e internet) em uma amostra de universitários. MÉTODO: Um questionário a respeito de comportamentos relacionados ao uso de jogos eletrônicos, contendo a escala Problem Videogame Playing (PVP), foi aplicado em 100 alunos da Universidade de São Paulo (USP). RESULTADOS: A maioria (83%) relatou ter jogado no último ano, dentre a qual 81,9% eram homens, 51,8% jogavam de 1 a 2 horas por sessão; 74,4% afirmaram que jogar não interfere em seus relacionamentos sociais e 60,5%, que o uso de jogos violentos não influencia sua agressividade. Os estudantes dividiram-se entre jogadores ocasionais e frequentes, diferenciando-se por duração de cada sessão, jogo preferido, motivação para jogar, e influência do jogo na vida social. Cerca de 5% relataram só parar de jogar quando interrompidos, normalmente jogar mais de 4 horas por sessão e se relacionar mais com amigos virtuais, sugerindo maior envolvimento com a atividade. Na escala PVP, 15,8% da amostra preencheu mais da metade dos itens, indicando consequências adversas associadas ao uso dos jogos eletrônicos. CONCLUSÃO: Observou-se que o uso de jogos eletrônicos é comum entre os estudantes da USP e que uma parcela apresenta problemas relacionados ao excesso de jogo.