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La formation aux gestes en obstétrique réalisée directement auprès du patient pose des problèmes éthiques et médico-légaux. C'est pourquoi une grande partie de cette formation repose sur l'observation in-situ. Cette approche ne permet pas de prendre en charge l'ensemble des dimensions nécessaires à la formation telles que l'extraction instrumentale, l'acquisition d'un niveau de dextérité suffisant ou encore la capacité de prise de décision face à une situation à risque.Les systèmes d'entrainement par simulation consituent une réponse à ce problème de formation. Toutefois, les simulateurs haptiques actuels ne permettent qu'une évaluation qualitative du geste obstétrique et ne fournissent pas d'informations quantitatives sur les efforts subis par les différents organes pelviens. Ces informations quantitatives ne sont accessibles que par des simulation biomécaniques de la descente fœtale. Par contre, pour pouvoir être utilisées conjointement avec un simulateur haptique dans un but d'apprentissage, ces simulations doivent être interactives.Dans ce manuscrit, nous proposons tout d'abord un état de l'art des différents modèles biomécaniques existants permettant de modéliser les organes pelviens et la descente fœtale. Après avoir identifié la tête foetale comme la structure la plus susceptible de subir des dommages importants lors de l'accouchement, nous présentons un modèle de la tête foetale basé sur des éléments finis de coque CST-DKT que nous étendons avec un formulation co-rotationelle et une contrainte de volume permettant de prendre en compte la matière intra-crânienne. Une implémentation GPU de ce modèle est proposée pour permettre des simulations interactives. Ce modèle est validé sur une simulation de la pression intra-utérine subie par la tête fœtale lors de la deuxième phase de l'accouchement. Enfin, nous proposons une ébauche de modèle complet pour la simulation interactive de la descente fœtale. / The training to obstetrical gestures performed directly on the patient raise ethical and medico-legal problems. That is why most of the formation is based on in-situ observations. This approach can not handle all the necessary dimensions to the formation such as instrumental extraction, a good level of dexterity or the capacity to take decision in high risk situations.Simulation based training systems can address this formation problems. Neverteless, today's haptic simulators don't provide quantitative informations about the efforts undergone by pelvic organs. This informations are available only through biomechanical simulations of the foetal descent. To be used in conjunction with an haptic simulator, such simulations must be interactive.In this manuscript, first we propose a state of the art of the existing biomechanical models allowing to model the pelvic organs. After having identified the foetal head as the structure that can potentially undergo important damages during childbirth, we present a model of the foetal head based on shell finite elements CST-DKT that we extend to a co-rotationnal formulation and a volume constraint allowing to take in count the intra-cranial matter. A GPU implementation of this model is also porposed to allow interactive simulations. This model is validated on a simulation of intra-uterine pressure undergone by the foetal head during the second phase of childbirth. Finally, we propose a draft of a complete model intended to simulate interactively the feotal descent.

Mitral valve repair, the preferred method of treating mitral regurgitation, is a demanding surgical procedure consisting of the resection and approximation of valve tissue. Operating on an arrested heart, the clinician is forced to predict closed valve shape and the effect of surgical modifications. The valve's complex morphology makes this a difficult task, and as a result, the procedure is underperformed by less experienced surgeons in lieu of the simpler, less effective valve replacement. / Engineering and Applied Sciences

O Projeto T&D-Bench (Teaching and Design Workbench) tern como objetivo fornecer um ambiente didático para fins de avaliação de desempenho de processadores utilizando modelagem e simulação interativas visuais. A aplicação dos conceitos de orientação a objetos (abstração, encapsulamento, herança e polimorfismo) em modelagem de hardware vem sendo amplamente discutida na literatura. Entre os benefícios que este paradigma traz para os modelos de hardware pode-se citar: maior responsabilidade dos modelos, melhor documentação e facilidade de manutenção. O ambiente SIMOO é composto por uma biblioteca de classes e por uma ferramenta gráfica (MET - Model Edition Tool). Este ambiente, utilizado como plataforma para o desenvolvimento deste trabalho, é um ambiente genérico para modelagem e simulação de sistema discretos no qual os modelos sAo construídos de maneira hierárquica e utilizam os conceitos de orientação a objetos como metodologia de projeto e implementação. Este trabalho é a primeira etapa de desenvolvimento do projeto T&D-Bench e iniciou com a modelagem dos processadores Intel 8051 e DLX. Com isso foi possível identificar componentes de arquitetura de processadores que pudessem ser generalizados. As classes genéricas, juntamente com um conjunto de classes para visualização e interação implementadas especialmente para atender as necessidades iniciais do projeto T&D-Bench, foram utilizadas para refazer os modelos dos processadores citados anteriormente e para servir como base para a modelagem do processador PowerPC. Com isso, pode-se fazer uma analise sobre a utilização do paradigma de orientação a objetos em modelagem de processadores e sobre a utilização do ambiente SIMOO para modelagem de hardware. Este trabalho também ajudou na validação do ambiente SIMOO. / The goal of the T&D-Bench (Teaching and Design Workbench) project is to supply a didactic environment for evaluating the performance of processors by using visual interactive modelling and simulation. The application of object-orientation concepts (abstraction, encapsulation, inheritance and polymorphism) in hardware design is being discussed thoroughly in the literature. Among the benefits that this paradigm brings to the hardware modeling we can mention: greater model reusability, better documentation and easier maintenance. The SIMOO environment is composed by a library of classes and a graphic tool (MET - Model Edition Tool). This environment, used as platform for the development of this work, is a generic environment for design and simulation of discrete systems, in which the models are built in a hierarchical way and use the object-orientation concepts as project and implementation methodology. This work is the first stage of development of the T&D-Bench project and began with the design of the Intel 8051 and DLX processor models. This made possible to identify components of processor architectures that could be generalized. The generic classes, together with a set of classes for visualization and interaction specially implemented to assist T&D-Bench's initial needs, were used to redesign the models of the previously mentioned processors and to serve as a base for the design of the PowerPC processor model. With that, it was possible to analyze the use of the object-orientation paradigm in designing processors and the use of the SIMOO environment for hardware design. This work also helped in the validation of the SIMOO environment.

O Projeto T&D-Bench (Teaching and Design Workbench) tern como objetivo fornecer um ambiente didático para fins de avaliação de desempenho de processadores utilizando modelagem e simulação interativas visuais. A aplicação dos conceitos de orientação a objetos (abstração, encapsulamento, herança e polimorfismo) em modelagem de hardware vem sendo amplamente discutida na literatura. Entre os benefícios que este paradigma traz para os modelos de hardware pode-se citar: maior responsabilidade dos modelos, melhor documentação e facilidade de manutenção. O ambiente SIMOO é composto por uma biblioteca de classes e por uma ferramenta gráfica (MET - Model Edition Tool). Este ambiente, utilizado como plataforma para o desenvolvimento deste trabalho, é um ambiente genérico para modelagem e simulação de sistema discretos no qual os modelos sAo construídos de maneira hierárquica e utilizam os conceitos de orientação a objetos como metodologia de projeto e implementação. Este trabalho é a primeira etapa de desenvolvimento do projeto T&D-Bench e iniciou com a modelagem dos processadores Intel 8051 e DLX. Com isso foi possível identificar componentes de arquitetura de processadores que pudessem ser generalizados. As classes genéricas, juntamente com um conjunto de classes para visualização e interação implementadas especialmente para atender as necessidades iniciais do projeto T&D-Bench, foram utilizadas para refazer os modelos dos processadores citados anteriormente e para servir como base para a modelagem do processador PowerPC. Com isso, pode-se fazer uma analise sobre a utilização do paradigma de orientação a objetos em modelagem de processadores e sobre a utilização do ambiente SIMOO para modelagem de hardware. Este trabalho também ajudou na validação do ambiente SIMOO. / The goal of the T&D-Bench (Teaching and Design Workbench) project is to supply a didactic environment for evaluating the performance of processors by using visual interactive modelling and simulation. The application of object-orientation concepts (abstraction, encapsulation, inheritance and polymorphism) in hardware design is being discussed thoroughly in the literature. Among the benefits that this paradigm brings to the hardware modeling we can mention: greater model reusability, better documentation and easier maintenance. The SIMOO environment is composed by a library of classes and a graphic tool (MET - Model Edition Tool). This environment, used as platform for the development of this work, is a generic environment for design and simulation of discrete systems, in which the models are built in a hierarchical way and use the object-orientation concepts as project and implementation methodology. This work is the first stage of development of the T&D-Bench project and began with the design of the Intel 8051 and DLX processor models. This made possible to identify components of processor architectures that could be generalized. The generic classes, together with a set of classes for visualization and interaction specially implemented to assist T&D-Bench's initial needs, were used to redesign the models of the previously mentioned processors and to serve as a base for the design of the PowerPC processor model. With that, it was possible to analyze the use of the object-orientation paradigm in designing processors and the use of the SIMOO environment for hardware design. This work also helped in the validation of the SIMOO environment.

O Projeto T&D-Bench (Teaching and Design Workbench) tern como objetivo fornecer um ambiente didático para fins de avaliação de desempenho de processadores utilizando modelagem e simulação interativas visuais. A aplicação dos conceitos de orientação a objetos (abstração, encapsulamento, herança e polimorfismo) em modelagem de hardware vem sendo amplamente discutida na literatura. Entre os benefícios que este paradigma traz para os modelos de hardware pode-se citar: maior responsabilidade dos modelos, melhor documentação e facilidade de manutenção. O ambiente SIMOO é composto por uma biblioteca de classes e por uma ferramenta gráfica (MET - Model Edition Tool). Este ambiente, utilizado como plataforma para o desenvolvimento deste trabalho, é um ambiente genérico para modelagem e simulação de sistema discretos no qual os modelos sAo construídos de maneira hierárquica e utilizam os conceitos de orientação a objetos como metodologia de projeto e implementação. Este trabalho é a primeira etapa de desenvolvimento do projeto T&D-Bench e iniciou com a modelagem dos processadores Intel 8051 e DLX. Com isso foi possível identificar componentes de arquitetura de processadores que pudessem ser generalizados. As classes genéricas, juntamente com um conjunto de classes para visualização e interação implementadas especialmente para atender as necessidades iniciais do projeto T&D-Bench, foram utilizadas para refazer os modelos dos processadores citados anteriormente e para servir como base para a modelagem do processador PowerPC. Com isso, pode-se fazer uma analise sobre a utilização do paradigma de orientação a objetos em modelagem de processadores e sobre a utilização do ambiente SIMOO para modelagem de hardware. Este trabalho também ajudou na validação do ambiente SIMOO. / The goal of the T&D-Bench (Teaching and Design Workbench) project is to supply a didactic environment for evaluating the performance of processors by using visual interactive modelling and simulation. The application of object-orientation concepts (abstraction, encapsulation, inheritance and polymorphism) in hardware design is being discussed thoroughly in the literature. Among the benefits that this paradigm brings to the hardware modeling we can mention: greater model reusability, better documentation and easier maintenance. The SIMOO environment is composed by a library of classes and a graphic tool (MET - Model Edition Tool). This environment, used as platform for the development of this work, is a generic environment for design and simulation of discrete systems, in which the models are built in a hierarchical way and use the object-orientation concepts as project and implementation methodology. This work is the first stage of development of the T&D-Bench project and began with the design of the Intel 8051 and DLX processor models. This made possible to identify components of processor architectures that could be generalized. The generic classes, together with a set of classes for visualization and interaction specially implemented to assist T&D-Bench's initial needs, were used to redesign the models of the previously mentioned processors and to serve as a base for the design of the PowerPC processor model. With that, it was possible to analyze the use of the object-orientation paradigm in designing processors and the use of the SIMOO environment for hardware design. This work also helped in the validation of the SIMOO environment.

This thesis documents the studies conducted in deriving a mathematical model representing the dynamics of a maneuvering ship to be implemented as part of an interactive real-time simulation system, as well as the details and results of the implementation process itself. Different effects on the dynamics of ship motions are discussed separately, meaning that the effects are considered to be applied to the system one at a time and they are included in the model simply by the principle of superposition. The model is intended to include the hydrodynamic interactions between the ship hull and the ocean via added mass (added inertia), damping and restoring force concepts. In addition to these effects, which are derived considering no incident waves are present on the ocean, the environmental disturbances, such as wind, wave and ocean current are also taken into account for proposing a mathematical model governing the dynamics of the ship. Since the ultimate product of this thesis work is a running computer code that can be integrated into an available simulation software, the algorithm development and code implementation processes are also covered. Improvements made on the implementation to achieve &ldquo / better&rdquo / real-time performance are evaluated comparatively in reference to original runs conducted before the application of improvement under consideration. A new method to the computation of the wave model that allows faster calculation in real-time is presented. A modular programming approach is followed in the overall algorithm development process in order to make the integration of new program components into the software, such as a new hull or propulsion model or a different integrator type possible, easily and quickly.

Esta dissertação é o relato da aplicação de quatro Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS) voltadas ao ensino de conceitos de Termodinâmica em uma escola pública de Ensino Médio. Nas unidades de ensino são abordados conceitos de temperatura, sua relação com a estrutura da matéria, dilatação, energia interna, calor, comportamento dos gases e a Primeira Lei da Termodinâmica, enfatizando especialmente as relações entre estes conceitos. As situações-problema abordadas são contextualizadas no dia-a-dia do estudante, com situações e perguntas instigantes e cativantes para o estudo do conteúdo proposto. Nesta aplicação, são utilizadas estratégias didáticas como a utilização de simulações interativas pertinentes aos conceitos desenvolvidos, aulas expositivo-dialogadas, resolução de exercícios, realização de avaliações, construção e apresentação de mapas conceituais. Como embasamento teórico, são utilizadas a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud. / This dissertation is an account of the application of four Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) focused on the teaching of concepts of thermodynamics in a public high school. In the teaching units are approached the concepts of temperature and its relationship with the material structure, expansion, internal energy, heat, behavior of gases and the First Law of Thermodynamics, especially addressing the relationships between these concepts. Problem situations discussed are contextualized in the daily life of the student with situations and questions exciting and captivating for the proposed content study. In this application, didactic strategies such interactive simulations, relevant to the developed concepts, dialogued lectures, problem solving, learning evaluations, construction and presentations of concept maps are carried out. As theoretical basis, are used the Theory of Meaningful Learning of Ausubel and the Theory of Conceptual Fields of Vergnaud.

Esta dissertação é o relato da aplicação de quatro Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS) voltadas ao ensino de conceitos de Termodinâmica em uma escola pública de Ensino Médio. Nas unidades de ensino são abordados conceitos de temperatura, sua relação com a estrutura da matéria, dilatação, energia interna, calor, comportamento dos gases e a Primeira Lei da Termodinâmica, enfatizando especialmente as relações entre estes conceitos. As situações-problema abordadas são contextualizadas no dia-a-dia do estudante, com situações e perguntas instigantes e cativantes para o estudo do conteúdo proposto. Nesta aplicação, são utilizadas estratégias didáticas como a utilização de simulações interativas pertinentes aos conceitos desenvolvidos, aulas expositivo-dialogadas, resolução de exercícios, realização de avaliações, construção e apresentação de mapas conceituais. Como embasamento teórico, são utilizadas a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud. / This dissertation is an account of the application of four Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) focused on the teaching of concepts of thermodynamics in a public high school. In the teaching units are approached the concepts of temperature and its relationship with the material structure, expansion, internal energy, heat, behavior of gases and the First Law of Thermodynamics, especially addressing the relationships between these concepts. Problem situations discussed are contextualized in the daily life of the student with situations and questions exciting and captivating for the proposed content study. In this application, didactic strategies such interactive simulations, relevant to the developed concepts, dialogued lectures, problem solving, learning evaluations, construction and presentations of concept maps are carried out. As theoretical basis, are used the Theory of Meaningful Learning of Ausubel and the Theory of Conceptual Fields of Vergnaud.

Esta dissertação é o relato da aplicação de quatro Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS) voltadas ao ensino de conceitos de Termodinâmica em uma escola pública de Ensino Médio. Nas unidades de ensino são abordados conceitos de temperatura, sua relação com a estrutura da matéria, dilatação, energia interna, calor, comportamento dos gases e a Primeira Lei da Termodinâmica, enfatizando especialmente as relações entre estes conceitos. As situações-problema abordadas são contextualizadas no dia-a-dia do estudante, com situações e perguntas instigantes e cativantes para o estudo do conteúdo proposto. Nesta aplicação, são utilizadas estratégias didáticas como a utilização de simulações interativas pertinentes aos conceitos desenvolvidos, aulas expositivo-dialogadas, resolução de exercícios, realização de avaliações, construção e apresentação de mapas conceituais. Como embasamento teórico, são utilizadas a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud. / This dissertation is an account of the application of four Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) focused on the teaching of concepts of thermodynamics in a public high school. In the teaching units are approached the concepts of temperature and its relationship with the material structure, expansion, internal energy, heat, behavior of gases and the First Law of Thermodynamics, especially addressing the relationships between these concepts. Problem situations discussed are contextualized in the daily life of the student with situations and questions exciting and captivating for the proposed content study. In this application, didactic strategies such interactive simulations, relevant to the developed concepts, dialogued lectures, problem solving, learning evaluations, construction and presentations of concept maps are carried out. As theoretical basis, are used the Theory of Meaningful Learning of Ausubel and the Theory of Conceptual Fields of Vergnaud.