Visualização Científica aplicada à Imagiologia Magnética, Matéria Condensada...

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Visualização Científica aplicada à Imagiologia Magnética,

Matéria Condensada, Oceanografia e Campos

Eléctricos, usando a Biblioteca Computacional VTK

Sandra Plecha, J.M. Teixeira, A.M. Pereira, Francisco Oliveira, João Manuel R. S. Tavares, Jorge Barbosa

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Índice1. Introdução;

2. The Visualization Toolkit – VTK;

3. Aplicações desenvolvidas:

•Matéria Condensada;

•Imagiologia Magnética;

•Oceanografia;

•Campos Eléctricos;

4. Conclusões.

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Introdução

Visualização é actualmente uma área da computação de importância e desenvolvimento crescente.

A utilização de softwares/bibliotecas capazes de auxiliar o desenvolvimento de aplicações de visualização de forma não complexa écada vez mais desejável.

Em muitas áreas científicas, o manuseamento de grandes volumes de dados é frequente e imprescindível a adequada visualização dos mesmos.

Serão apresentadas quatro aplicações distintas de visualização desenvolvidas, no âmbito da Disciplina Visualização Científica do Curso de Mestrado em Métodos Computacionais em Ciências e Engenharia (MMCCE) da UP, usando a biblioteca computacional VTK.

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Exemplos de Aplicação:

VTK consiste numa biblioteca computacional de classes escritas em C++, com várias interfaces para linguagens interpretadas, sendo o seu desenvolvimento fortemente influenciado pelos princípios da programação orientada para objectos

The Visualization Toolkit - VTK

Simulação Modelamento Visualização Tensorial

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The Visualization Toolkit - VTKFilosofia usada:

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Aplicações consideradas:

1. Matéria Condensada

• Facilitar o estudo da estrutura cristalina;

• Simular as transições de fase;

• Verificar a interligação estrutura cristalina / magnética;

• Facilitar novas informações sobre a estrutura espacial, segundo diferentes perspectivas.

2. Imagiologia Magnética

• Realizar operações usuais de processamento de imagem, nomeadamente operações algébricas e de filtragem utilizando algumas funcionalidades disponíveis no VTK para imagens.

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3. Oceanografia

•Possibilitar a observação e a interpretação de diversos fenómenos que ocorrem nos oceanos; tais como, a refracção e difracção das ondas, devido à variação de profundidades ou devido à presença de obras costeiras;

•Permitir a visualização de dados obtidos em campanhas oceanográficas ou de

resultados obtidos através de simulações computacionais.

4. Campos eléctricos

• Neste domínio, o objectivo principal foi desenvolver material didáctico que facilite aos alunos a compreensão da Lei de Gauss.

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1. Matéria Condensada

Visualização da Estrutura Cristalográfica.

Visualização da Estrutura Magnética.

Simulação da Reorientação de Spin.

Exemplos de Visualização:

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2. Imagiologia Magnética

Imagem de domínios magnéticos adquiridos directamente por uma câmara CCDem instantes de tempo distintos e respectiva subtracção.

Sequência de imagens obtidas após a aplicação de um filtro gaussiano de raio

unitário e desvio padrão (σ) de1.0, 3.0, 5.0 e 10.0.

Sequência de imagens obtidas após a aplicação de um filtro mediana de dimensão

1x1, 3x3, 5x5 e 10x10.

Exemplos de utilização:

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3. Oceanografia

Representação dos “actores” terra e mar (elevação da superfície livre) para

a posição da câmara por defeito.

Representação de um instante após a alteração da posição da câmara.

Representação da elevação da superfície livre através de escalares.

Exemplos de Visualização:

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4. Campos EléctricosCaso de cilindro infinito com carga positiva.

Caso de cilindro infinito com superfícies equipotenciais e respectivos vectores campo eléctrico.

Caso de cilindro infinito com os vectores campo eléctrico.

Caso de cilindro infinito com superfície gaussiana e respectivos vectores E e dA.

Exemplos de Visualização:

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Conclusões

• Desenvolvimento de quatro aplicações de visualização recorrendo àbiblioteca computacional VTK;

• A diversidade das aplicações consideradas demonstra as potencialidades e versatilidade da biblioteca usada;

• O trabalho desenvolvido abrangeu muitos dos conceitos leccionados nas aulas de Visualização Científica do Curso MMCCE (UP);

• Julga-se pertinente a divulgação do VTK junto da comunidade académica e científica dos mais diversos domínios científicos.

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Sandra PlechaCEHRA e Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Email: splecha@fe.up.pt

J.M. Teixeira e A.M. PereiraIFIMUP e Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto

Email: jmteixeira@fc.up.pt, ampereira@fc.up.pt

Francisco Paulo M. OliveiraFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Email: franciscopmoliveira@yahoo.com.br

João Manuel R. S. TavaresDepartamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Email: tavares@fe.up.pt, url: www.fe.up.pt/~tavares

Jorge Manuel G. BarbosaDepartamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Email: jbarbosa@fe.up.pt, url: www.fe.up.pt/~jbarbosa