Arquivo da categoria: Computação Gráfica

Sobre estereologia, OpenGL, PhysX e CUDA

Eu estava pensando nesse post há um bom tempo. Falar um pouco do meu TCC. A idéia por trás de todo esse trabalho é um área interdisciplinar conhecida por estereologia. Sendo bem direto, o objetivo da estereologia é a interpretação tridimensional (3D) de uma imagem plana (2D). Ela provê tecnicas para extrair informação quantitativa sobre materiais 3D à partir de medições feitas em seções planares. Ela é uma importante ferramenta para a microscopia particularmente o estudo do petróleo, histologia, neuroanatomia e ciência dos materiais. Entre suas aplicações, posso citar o estudo da composição de materiais rígidos, determinação de volume, superfície à partir de simples seções bidimensionais de uma estrutura.

Imagine que você deseja estudar a composição de um metal, cristal ou de um tecido de algum orgão animal ou vegetal. Para isso, você tem uma lâmina retangular, suficientemente grande e bem fina para transpor o objeto que você deseja estudar. Imagina então que depois que você retirar a lâmina, ela conterá imagens de todas as intersecções alcançadas, por exemplo, se a estrutura que está sendo estudada é composta por pequenos corpos totalmente esféricos, quando nosso plano de corte transpor o objeto em estudo e for retirado ele terá registros de instersecções circulares. As seguintes imagens exemplificam:

  1. Considere uma rocha, com um formato cúbico. Considere então que as estruturas internas (pequenas esferas) sejam os elementos que a compõe.

2.  Agora considere o corte em algum ponto da rocha pela lâmina (plano de corte, como é mais conhecido):

3. Agora apenas os objetos interceptados pela lâmina de corte (plano de corte) são considerados:

4) Agora, para as esferas interceptadas o plano de corte obtem as regiões interceptadas. Neste caso, apenas esferas compõe a estrutura portanto as regiões interceptadas serão círculos.

Os dados finais que irão inferir os parâmetros tridimensionais da estrutura original são deduzidos à partir de várias informações bidimensionais coletadas por vários planos diferentes. Este exemplo é simples, foi apenas demonstrado esferas. Estruturas reais são muito mais complexas,  como no caso do metal duro (explicado mais adiante) onde são encontrados componentes em forma de prismas triangulares e prismas triangulares truncados resultando em polígonos quando interceptados pelo plano de corte, onde exigiu um pouco mais de pesquisa em geometria computacional.

Simulações computacionais tem lá seus prós e contras. O grande ponto positivo, é que, dado um evento real não observável à olho nú e as variáveis que o condicionam, uma simulação computacional permite um estudo sobre o mesmo sem grandes necessidade imediata de investimento em laboratórios e maquinário científico. O ponto negativo, é que o modelo representado por uma computação é aproximado. Você sempre estará limitado numericamente, há uma perda de aproximação da transição de um modelo matemático para um computacional. Entretanto, com o advento de CPU’s multicore e unidades de processamento gráficas de propósito geral (GPU) as simulações são levadas à um outro nível de acurácia em seus resultados, principalmente ao levar em conta o nível microscópico dos objetos de estudo da estereologia. É impraticável, enfadonho e susceptível ao erro todo o processo manual baseado em observações microscópicas. Aí está a justificativa para este trabalho.

O metal duro é o material compósito constituído de uma fase dura dispersa em uma fase dúctil. A fase dura consiste em grãos de carbeto de tungstênio (WC) e a fase dúctil e ligante é constituída, principalmente, por cobalto (Co), entretanto níquel e ferro também podem ser utilizados. A grande sacada de estudar e construir materiais compósitos é a combinação de várias características dos elementos compositores. Como resultado disto (WC + Co), é obtido um material que combina boa resistência à fratura e alta dureza a temperaturas elevadas. Quanto às aplicações, o metal duro apresenta diversas. Sendo que as ferramentas de corte constituem a principal aplicação. Uma aplicação especial do metal duro, produzido com pós finos ou ultrafinos, envolvendo grandes quantidades de carbeto cementado, está na produção de brocas para a realização de furos (muito pequenos) em placas de circuitos impressos para computadores e na indústria  de eletrônicos. Para este propósito, novas composições de metal duro, baseadas em carbetos com granulações extremamente finas têm sido desenvolvidas.

Em 2006, um trabalho desenvolvido por um doutorando pela UENF desenvolveu uma simulação com esse objetivo. O grande problema foi  que a biblioteca de simulação física utilizada não permitia uma simulação realista do metal duro, o máximo atingido era um bloco de metal duro composto por 500 elementos compósitos (Wc e Co). O que não chega muito próximo da realidade. Minha implementação vai além disso, além de utilizar algumas ferramentas que permitiram a paralelização de alguns algoritmos rodando em uma Geforce 9600 Gt.

O Objetivo final, é a implementação de rotinas estereológicas em grãos de metal duro através de uma simulação computacional para enfim comparar os resultados obtidos com os resultados presentes na literatura (estes sim, práticos) e de simulações anteriores para enfim demonstrar o avanço alcançado com uma implementação cujo processamento roda em placas gráficas de propósito geral e de baixo custo.

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Arquivado em C++, Computação Gráfica, OpenGL, QT, TCC

Diminuindo a impaciência com XNA

Ultimamente venho lendo muitos livros e artigos sobre computação gráfica, física, algoritmos, OpenGL, álgebra linear e cálculo para aprimorar meu TCC e meu gosto pessoal por computação gráfica. Não é por nada não, mas me dá uma baita impaciência durante todo esse longo processo de abstração conceitual e não ter nada de prático, concreto – código – para fazer.

Resolvi então aplicar o que ia aprendendo em código: Durante minhas revisões sobre manipulação de matrizes e vetores, ao invés de ficar tomando notas do que lia resolvi escrever algumas operações como soma, subtração, produto, inversa e determinantes de matrizes quadradas ( utilizando cofatores ) em ruby e aprender ao mesmo tempo sobre o framework de testes unitários da linguagem confirmando alguns teoremas, tipo: “A transposta da transposta de uma matriz é ela mesma, o determinante de uma matriz e de sua transposta são iguais”.

Para saciar minha sede por aplicações, resolvi procurar por alguma ferramenta bem rápida para desenvolvimento de Games. Já tinha visto a Unity mas escolhi a plataforma XNA da Microsoft, embora a primeira tenha um ambiente de desenvolvimento muito bom também, seja compatível com várias linguagens e seja capaz de gerar uma versão do seu game para WEB. Já no XNA, achei interessante a forma como as particularidades do DirectX são encapsuladas e abstraídas. Você pode desenvolver com C# desde ridículas animações de sprites que eu venho fazendo (pacência, ainda estou terminando a parte de games 2D do livro Learning XNA 3.0)  até jogos 3D com qualidade de profissional.

Outra coisa massa do XNA é a versão à lá Microsoft do lema da plataforma Java: Write once, run anywhere. Desenvolvendo em XNA, você desenvolve para a plataforma .NET. Por consequencia, qualquer dispositivo que for .NET enabled está apto a executar seu código: Xbox 360. Resumindo você desenvolve em C# no seu PC e com mínimas alterações (tipo, um game no PC utiliza mouse e teclado, um Xbox 360 não tem mouse) você envia para seu Xbox seu game facilmente. Além disso, como um desenvolvedor solitário, você tem a oportunidade de vender seus games na rede Xbox live onde milhares de Xboxers competem e ganhar dinheiro fazendo o que gosta. Escolhi então XNA para saciar minha impacência.

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Arquivado em Computação Gráfica, Games, TCC, Xbox 360, XNA