Nesta Tese de Doutoramento investigamos a influência das órbitas em regime de stickiness, para com a dinâmica de alguns sistemas dinâmicos clássicos. Tais órbitas são caracterizadas como aprisionamentos de tempo finito ao redor de estrututas de regularidade no espaço de fases. Esse comportamento ao longo da dinâmica, pode afetar propriedades estatísticas, de difusão e de transporte, dependendo do ensemble de condições iniciais e parâmetros de controle. Caracterizamos a influência deste fenômeno em três sistemas dinâmicos: (i) modelo Fermi-Ulam (FUM), onde órbitas em regime de stickiness produzem decaimento de correlações em forma de exponencial esticada e de lei de potência, e toda uma análise estatística ao longo da dinâmica é feita, tanto analítica quanto numericamente; (ii) no modelo Bouncer, essas órbitas são caracterizadas via expoentes de Lyapunov e decaimento de correlações, onde elas funcionam como um mecanismo para atrasar a difusão ilimitada de energia; e finalmente (iii) no bilhar Stadium, onde aliado a ressonância, o stickiness atua como um facilitador na troca de comportamento de órbitas, onde as mesmas sofrem uma transição de difusão ilimitada, para platô estacionário, perto da criticalidade ressonante. / In this Doctorate Thesis we investigate how the sticky orbits influence the dynamics of some classical dynamical systems. These orbits are characterized as finite-time trapping around stability islands in the phase space. This behaviour along the dynamics, may affect statistical properties, diffusion and transport, depending on the ensemble of energies, initial conditions and control parameters. We characterize this stickiness influence in three dynamical systems: (i) in the Fermi-Ulam Model (FUM), where orbits in sticky regime produce a decay of correlations, of a stretched exponential and power law kinds and a whole statistics analysis is made concerning numerical and analytical approaches; (ii) in the Bouncer model, these orbits are characterized along the dynamics via Lyapunov exponents and decay of correlations, where they play the role of a mechanism to slow down the unlimited diffusion of energy; and finally (iii) in the Stadium billiard, where allied with the resonance, stickiness allows a change in the orbits behaviour, where we can set a transition from unlimited diffusion to stationary state, near the critical resonance.

Nesta Tese de Doutoramento investigamos a influência das órbitas em regime de stickiness, para com a dinâmica de alguns sistemas dinâmicos clássicos. Tais órbitas são caracterizadas como aprisionamentos de tempo finito ao redor de estrututas de regularidade no espaço de fases. Esse comportamento ao longo da dinâmica, pode afetar propriedades estatísticas, de difusão e de transporte, dependendo do ensemble de condições iniciais e parâmetros de controle. Caracterizamos a influência deste fenômeno em três sistemas dinâmicos: (i) modelo Fermi-Ulam (FUM), onde órbitas em regime de stickiness produzem decaimento de correlações em forma de exponencial esticada e de lei de potência, e toda uma análise estatística ao longo da dinâmica é feita, tanto analítica quanto numericamente; (ii) no modelo Bouncer, essas órbitas são caracterizadas via expoentes de Lyapunov e decaimento de correlações, onde elas funcionam como um mecanismo para atrasar a difusão ilimitada de energia; e finalmente (iii) no bilhar Stadium, onde aliado a ressonância, o stickiness atua como um facilitador na troca de comportamento de órbitas, onde as mesmas sofrem uma transição de difusão ilimitada, para platô estacionário, perto da criticalidade ressonante. / In this Doctorate Thesis we investigate how the sticky orbits influence the dynamics of some classical dynamical systems. These orbits are characterized as finite-time trapping around stability islands in the phase space. This behaviour along the dynamics, may affect statistical properties, diffusion and transport, depending on the ensemble of energies, initial conditions and control parameters. We characterize this stickiness influence in three dynamical systems: (i) in the Fermi-Ulam Model (FUM), where orbits in sticky regime produce a decay of correlations, of a stretched exponential and power law kinds and a whole statistics analysis is made concerning numerical and analytical approaches; (ii) in the Bouncer model, these orbits are characterized along the dynamics via Lyapunov exponents and decay of correlations, where they play the role of a mechanism to slow down the unlimited diffusion of energy; and finally (iii) in the Stadium billiard, where allied with the resonance, stickiness allows a change in the orbits behaviour, where we can set a transition from unlimited diffusion to stationary state, near the critical resonance.

The visualization of a 3D image obtained from computerized tomography examinations has shown itself to be an important factor for increasing the quality of medical diagnoses and, consequently, treatment efficacy. There already exist on the market, several visualization softwares, which use different techniques to show the 3D tomography image. However, to show a high quality 3D image, sophisticated devices must be used to obtain slices, close to one another, thus increasing the incidence of X-ray given to the patient. An interpolation slice method which resulted from the TC examination produces good results, and is able to reduce the X-ray incidence upon the patient. This method must reconstruct the curvature from the patient s internal structures without using slices in close proximity. This work proposes a method of 3D image interpolation, composed of a juxtaposition of the slices from CT examination results. The goal of this method is to increase the quality of 3D visualization through the production of sharp and precise structure contours. This thesis proposes the division of the interpolation method into two steps. In the first step, the goal is to obtain an initial representation of the image in 3D, which is composed of real slices as well as virtual slices which are referred to in this work as initial virtual slices. In the second step, the empty spaces of the structure are recovered by the 3D image inpainting process. This work also proposes a method to obtain the initial virtual slice and two different methods for inpainting the 3D image. These inpainting methods are the transversal slice line prolongation method and the transportation and diffusion of information. Both methods use the differential equation theory. The transportation and diffusion of information method shows better results than other methods proposed in this work, besides this, this method presents better results than the linear interpolation and Goshtasby et al. [1] methods also implemented in this work. Visual and numerical comparisons are used to obtain this conclusion. The numerical measures used are statistical correlation, the PSNR and the Hausdorff distance [2]. The transportation and diffusion of information method shows itself able to produce better results than all the other tested methods. Besides this principal contribution, this work also developed a KIT to implement 2D and 3D CT visualize applications. / A visualização de imagens resultantes de exame de tomografia computadorizada (TC) em 3D ´e um fator importante para o aumento da precisão nos diagnósticos médicos e, consequentemente, na eficácia dos tratamentos. Atualmente existem diversos produtos no mercado, que fazem uso de várias técnicas existentes para apresentação de imagens tomográficas em 3D. Contudo, para se obter maior suavidade e precisão nos contornos das estruturas visualizadas em 3D, utiliza-se equipamentos capazes de produzir fatias paralelas do corpo humano muito próximas uma das outras, aumentando a exposição dos pacientes aos raios X. Um método de interpolação de fatias resultantes de exame de TC que forneça bons resultados, pode reduzir a incidência de raios X no paciente, pois esse método pode recuperar a curvatura das estruturas sem a necessidade de uma grande proximidade entre as fatias. Este trabalho propõe um método para a interpolação de imagem em 3D, formada pela justaposição de fatias de resultados de exames de tomografia computadorizada. O objetivo desse método ´e obter contornos suaves e precisos, melhorando os processos de visualização em 3D. Para isso, esta tese propõe a divisão do processo de interpolação em duas etapas. Na primeira etapa obtém-se uma representação inicial da imagem em 3D composta por fatias reais e por fatias denominadas de fatias virtuais iniciais e, na segunda etapa, restaura-se essas estruturas geradas com um processo de retoque de imagem em 3D. Este trabalho propõe também um método para obtenção da fatia virtual inicial e dois métodos diferentes para a realização do passo de retoque da imagem em 3D resultante da justaposição das fatias reais e virtuais iniciais. Esses métodos são o prolongamento de linhas nas fatias transversais e transporte e difusão de informações. Ambos os métodos utilizam a teoria de equações diferenciais. O método de transporte e difusão de informações demonstrou melhores resultados do que outro método proposto neste trabalho, além de obter melhores resultados do que os métodos de interpolação linear e Goshtasby e outros [1] implementados neste trabalho. Comparações visuais e comparações numéricas utilizando a correlação estatística, a PSNR e a distância de Haussdorff [2] foram realizadas para se obter essas conclusões. O método de transporte e difusão de informações é capaz de gerar contornos mais suaves e precisos que esses outros métodos testados. Além dessa contribuição principal, este trabalho também desenvolveu um KIT para a construção de aplicações visualizadoras de tomografias computadorizadas em 2D e em 3D. / Mestre em Ciências