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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: [email protected]
J.M. Teixeira e A.M. PereiraIFIMUP e Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Email: [email protected], [email protected]
Francisco Paulo M. OliveiraFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Email: [email protected]
João Manuel R. S. TavaresDepartamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Email: [email protected], url: www.fe.up.pt/~tavares
Jorge Manuel G. BarbosaDepartamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Email: [email protected], url: www.fe.up.pt/~jbarbosa
