Cette thèse est consacrée à la conception et au développement d’un système de reconstruction tridimensionnelle d’objets transparents par imagerie polarimétrique. Nous présentons tout d’abord une extension de la technique de “Shape from Polarization” aux surfaces transparentes. Après réflexion sur la surface, la lumière incidente non polarisée devient partiellement linéairement polarisée, en fonction de l’angle d’incidence et de l’indice de réfraction du matériau. Ainsi, les normales de la surface sont calculées à partir des paramètres de polarisation de la lumière réfléchie. L’ambiguïté concernant l’orientation des normales est ici levée grâce à l’utilisation d’un éclairage multispectral dont la difficulté de calibration est expliquée dans ce manuscrit. Pour finir, nous détaillons précisément le prototype développé, et présentons des résultats de reconstruction 3D sur des objets parfaitement calibrés. / This thesis deals with a new automated tridimensional inspection system for transparent surfaces, based on polarization analysis. We first present an extension of the ‘Shape from Polarization’ method for transparent surfaces. After being reflected, an unpolarized light wave becomes partially linearly polarized, depending on the surface normal and on the refractive index of the media it impinges on. Hence, by measuring the polarization parameters of the reflected light, the surface normals are computed. The ambiguity concerning the normal orientation is solved here with a multispectral lighting system. Finally, the description of the whole acquisition prototype is given as well as some experimental results on calibrated objects are presented.

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villela_CarlosHenriqueSilveira_M.pdf: 3934697 bytes, checksum: 869a8ba8c0708636704583570f92eefd (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O diagnóstico das assimetrias faciais tem sido realizado por meio de exames físicos e complementares. As tomadas radiográficas convencionais ainda são os recursos mais difundidos como exames complementares para o diagnóstico das assimetrias faciais. Hoje, novas técnicas de obtenção de imagem podem fornecer visualizações tridimensionais do complexo craniofacial. Estas, por sua vez, podem eliminar magnificações e demagnificações quando da obtenção de mensurações. A imagem tridimensional, utilizando-se de soluções computacionais, pode ser movimentada em diversas direções. Este recurso favorece a cranioscopia, técnica pela quais grandes e médias assimetrias são reconhecidas em qualquer região do complexo craniofacial. A quantificação de assimetrias menores pode ser reconhecida por mensurações realizadas no biomodelo 3D virtual, ou seja, pela craniometria. Alguns protocolos 3D já foram propostos com a finalidade de qualificar e/ou quantificar a assimetria facial. Este trabalho propõe um novo protocolo 3D que faz uso das novas técnicas de aquisição e tratamento de imagens. Utiliza-se então da tomografia computadorizada e tendo como meta qualificar e quantificar a assimetria facial. Para isso, utiliza-se da marcação de pontos anatômicos verdadeiros, criando condições para que mensurações lineares e angulares sejam realizadas. Assim, assimetrias faciais poderão ser observadas, bem como as respostas individuais aos tratamentos propostos / Abstract: The diagnosis of facial asymmetry has been done using clinical and complementary examinations. The conventional radiographic images have still been the most spread resources as complementary examinations for facial asymmetry diagnosis. Nowadays, new image acquisition techniques can give three dimensional visualizations of the craniofacial complex. This way, it is possible to eliminate magnifications and demagnifications in measurements obtained using conventional radiographic techniques. The three dimensional image, using computational solutions, can be moved in different directions. This capability is favorable to cranioscopy, which is a technique used to recognize big and medium asymmetries in any part of the craniofacial complex. The qualification and quantification of small asymmetries can be done using measurements made in 3D virtual biomodel. Few 3D protocols have been proposed with the aim of qualify and quantify facial asymmetry. This work proposes a new 3D protocol which uses new image acquisition and treatment techniques based on computerized tomography, aimed to qualify and quantify facial asymmetry. To do that, it is used true anatomical landmarks marking process, which gives conditions to make linear, angular, area and volume measurements with positive recognitions and precision. Therefore, small facial asymmetries will be possible to be observer, as well as the individual responses to treatments, been them surgical, orthopedical or orthodontical / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Ingeniero Civil / El trabajo de título realizado consiste en analizar el comportamiento de la modelación numérica 3D de canales supercríticos, mediante la simulación numérica del rápido de descarga de la Central Hidroeléctrica Chucás de Costa Rica, utilizando el software ANSYS CFX. El análisis se divide principalmente en dos: simulación del modelo físico y análisis de los métodos o criterios de diseño existentes para contracciones en canales supercríticos. El software trabaja resolviendo las ecuaciones promediadas de Reynolds para la turbulencia (modelos RANS) en tres dimensiones, junto con la ecuación de conservación de masa, mediante el método de volúmenes finitos. Para lograr la simulación es necesaria la creación de un dominio espacial, realizar al discretización de este dominio y aplicar las condiciones de borde que gobiernan el fenómeno a simular. La modelación numérica fue ejecutada con éxito para un perfil de tipo Ogee de ancho unitario, en el sentido que los errores con respecto a datos experimentales del USACE son menores a un 1,3 % en la altura de escurrimiento. Sin embargo, la simulación del modelo físico no fue efectiva, obteniendo errores promedio en la altura de escurrimiento de 21,6 % para el caudal de diseño de la obra. No obstante, las mediciones de alturas de escurrimientos podrían no estar del todo correctas ya que los resultados simulados de la presión sobre el vertedero logran un excelente ajuste para las mayores presiones ubicadas en el cuenco de lanzamiento del salto de esquí. No así el caso de las presiones sobre el umbral, que aunque siguen un comportamiento similar con los datos experimentales, la magnitud de estas difiere en mayor medida que las presiones sobre el cuenco de lanzamiento. En la modelación de contracciones en canales supercríticos, la simulación numérica presenta resultados concordantes con datos experimentales, imponiéndose como mejor alternativa que el uso de los métodos existentes para flujos con números de Froude mayores a 6.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

Orientador: Lidia Parsekian Martins / Resumo: OBJETIVO: Identificar e quantificar diferenças nas propriedades mecânicas de quatro resinas para impressão por estereolitografia em função do tempo de exposição à luz ultravioleta pós impressão e quantificar diferenças dimensionais em modelos odontológicos produzidos por estereolitografia em relação à inserção de barra estabilizadora transversal na região posterior, à orientação de impressão, vertical ou horizontal, tipo de modelo, oco ou maciço, e pós cura com luz ultravioleta ou não, por meio de medições lineares. MÉTODOS: 140 espécimes foram impressos em impressoras 3D do tipo SLA (estereolitografia a laser) e DLP (estereolitografia por processamento digital de luz) para cada teste mecânico realizado e foram divididos em 28 grupos, de acordo com a resina (4 tipos: Blue, Gray, Surgical Guide, Standard) e o tempo de pós cura com luz ultravioleta (7 tempos: 0, 5, 10, 15, 30, 60 e 120 minutos). Foram realizados os testes de microdureza Vickers, tração diametral e flexão três pontos. Os dados obtidos foram submetidos a uma ANOVA de dois níveis e ao pós teste de Tukey. Para a avaliação das alterações dimensionais de modelos odontológicos foram realizados dois experimentos distintos. No primeiro, 56 modelos odontológicos do arco maxilar em formato de ferradura foram impressos na impressora MoonRay S100 (SprintRay) com a resina Gray (SprintRay), variando a orientação de impressão, a presença de barra e o processo de pós cura. Depois de impressos foram escaneados em escâner de mesa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: OBJECTIVE: To identify and quantify differences in the mechanical properties of four resins for stereolithography printing varying time of exposure to ultraviolet light and to quantify dimensional differences in dental models produced by stereolithography regarding the insertion of a transverse stabilizer bar in the posterior region, the printing orientation, vertical or horizontal, model type, hollow or solid, and post-cure with ultraviolet light or not, by means of linear measurements. METHODS: 140 specimens were printed by SLA (laser stereolithography) and DLP (digital light processing stereolithography) printers for each mechanical test performed and were divided into 28 groups, according to the resin (4 types: Blue, Gray, Surgical Guide, Standard) and the post-cure time with ultraviolet light (7 times: 0, 5, 10, 15, 30, 60 and 120 minutes). Vickers microhardness tests, diametrical traction and three point flexion were performed. The data obtained were submitted to a two-way ANOVA and the Tukey post-test. To evaluate the dimensional changes of dental models, two different experiments were carried out. In the first, 56 horseshoe-shaped dental models of a maxillary arch were printed on the MoonRay S100 (SprintRay) with Gray resin (SprintRay), varying the printing orientation, the presence of a bar and the post-curing process. After printing, they were scanned on a R700 table scanner (3Shape) and then measurements between canines, first and second premolars and molars and ar... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Ingeniero Civil / El presente trabajo consiste en la modelación no lineal y tridimensional en el software comercial CSI Perform-3D, de un edificio habitacional de hormigón armado ubicado en Iquique, el cual fue instrumentado en junio del 2014. Se contaba para este edificio con un modelo 3D en desarrollo, que mostraba acoplamiento de muros mediante los diafragmas. Se realiza el refinamiento de dicho modelo, y con él se estudia el comportamiento sísmico de sistemas de muros acoplados frente a registros de aceleraciones con diferentes niveles de amplificación, con énfasis en la distribución de las cargas laterales sobre ellos. Posteriormente, se desarrolla un modelo bidimensional para el estudio de un muro particular del edificio, en una sola dirección. Utilizando los modelos 2D y 3D, se analiza el impacto de la modelación no lineal en los resultados, el efecto de las cargas de acople en la posición de la resultante de carga lateral en los muros, las diferencias entre los modelos tridimensional y bidimensional, y el efecto de amplificar la demanda sísmica en el análisis. En el modelo bidimensional se estudian además los límites elásticos del muro escogido, y se hace un análisis de esfuerzos y deformaciones post-fluencia. Se observa, entre otros resultados, que la posición de la resultante de carga lateral se ubica bajo el valor esperado de dos tercios de la altura del muro, y que las fuerzas axiales en los elementos de acople son las que más incidencia tienen en esa distribución. Al descontar su efecto, la posición de la resultante sube más de un 20\% en los casos estudiados. Por otra parte, el modelo 2D, si bien reproduce el fenómeno estudiado, también presenta un nivel de acoplamiento bajo y un nivel de daño considerablemente inferior al del modelo completo. Al amplificar la solicitación sísmica se observa una baja de la posición de la resultante de carga lateral, debido a la mayor incidencia de modos superiores y al incremento del nivel de acoplamiento. Finalmente, se observa que luego de la fluencia en la base del edificio, se produce también la fluencia de pisos superiores, donde usualmente ya no se encuentra detallamiento de bordes. En base a lo estudiado, se proponen algunas recomendaciones. No es aconsejable utilizar modelos de fibras que no consideren la altura completa de los muros. En cuanto a análisis bidimensional, un modelo 2D puede reproducir correctamente ciertos fenómenos, pero en algunos casos no es posible omitir el componente tridimensional pues determina el comportamiento del muro.

En la actualidad, las diversas técnicas y dispositivos de reconstrucción tridimensional [1][2] permiten obtener una representación fiel a la realidad del objeto de estudio. Si bien existen equipos que extraen de manera completa toda una escena, en muchas ocasiones el equipo tiene un rango de visión limitado y será necesario tomar varias muestras de distintos ángulos para luego alinearse en una imagen más grande. Esta etapa conocida como registro es el primer paso para poder llevar a cabo la reconstrucción tridimensional por lo que es una parte crítica de todo el proceso. Si se tienen muestras alineadas correctamente se podrá reconstruir, fiel a la realidad el objeto, caso contrario se podrían tener dimensiones o relieves erróneos. En el campo de la arqueología, diversos dispositivos y técnicas se han venido aplicando dependiendo si se trabajará en un objeto como una cerámica o una estructura [2]. Debido a que el trabajo se desarrolla usualmente in situ, existe el problema de portabilidad y el requerimiento de personal capacitado para el manejo de los equipos [23], así como el elevado precio que los equipos usados mayormente poseen. La presente investigación desarrolla un conjunto de herramientas computacionales para realizar el registro de nubes de puntos empleando un Kinect (Microsoft, Washington EE.UU.) como sensor, una alternativa contemporánea para medir profundidad. A partir de la toma de muestras consecutivas a lo largo de un muro arqueológico se realizará el registro y afinamiento de las muestras. Utilizando técnicas de triangulación (Delaunay [29]) y reconstrucción de Poisson [30] se comparará la reconstrucción obtenida a base de muestras del Kinect con técnicas comerciales empleadas en el ámbito arqueológico. En este sentido, se caracterizó el Kinect con un error de precisión de 2.2 milímetros y 6.3 milímetros de exactitud en profundidad. Se elaboró una metodología para la adquisición y registro de muestras en base al Kinect. Finalmente, se comparan el modelo tridimensional reconstruido con modelos de la misma escena de estudio empleando técnicas comerciales en arqueología. Resultados preliminares indican un error de 4.74 centímetros frente a la reconstrucción por fotogrametría y 1.49 centímetros frente a la de un escáner láser (NextEngine Laser Scanner HD).

El movimiento humano es un elemento importante en el estudio de la biología humana debido a ser una propiedad básica de la vida. Este resulta aún más importante en aspectos colectivos como el deporte, la salud, la educación física, la danza, la rehabilitación, entre otros. Especial atención requiere la rehabilitación donde, a través del análisis de marcha, el fisiatra observa y estudia el desempeño de los pacientes a lo largo de diversas sesiones que realizan, con el fin de ver la evolución de los mismos. Sin embargo, capturar y realizar seguimiento al movimiento humano de manera computacional es una tarea compleja con alternativas costosas. Asimismo, los centros de rehabilitación de Lima no cuentan con la tecnología apropiada y existe, por parte de las personas, una negación al cambio que complica la inclusión de la misma. Debido a esto, el presente proyecto presenta una herramienta de bajo costo que permite registrar y representar el movimiento humano en 3D para apoyar a las terapias de rehabilitación de la marcha. El registro puede ser almacenado de forma permanente con el fin de mantener un histórico y realizar nuevos análisis en el tiempo. El dispositivo usado (Kinect) se mostró adecuado para la captura de la información útil con un margen de error aceptable que, dependiendo del entorno de captura, éste puede ser controlado. En el trabajo se consiguió detectar el patrón de marcha de los ángulos de flexión de la rodilla, lo cual permitió comparar diferentes situaciones de caminata y calcular medidas como distancia de paso, velocidad del movimiento de la persona, porcentaje de datos dentro del rango de referencia de una caminata normal (medidas de los ángulos de flexión), de esta manera se consigue determinar el nivel de normalidad de un ciclo de paso. Finalmente se desarrolló un prototipo de visualización 3D que permite manipular el entorno y tener diferentes vistas del movimiento del paciente. Este puede ser reutilizado para crear un ambiente más completo de análisis que comprenda otros tipos de movimientos (además de la rodilla), soportar un mayor número de fuentes de diferentes ángulos (múltiples Kinect), Kinect en movimiento que permita realizar un seguimiento de la marcha en un mayor espacio, entre otros. Todo lo anterior mencionado serviría de base para la constitución de un laboratorio de rehabilitación basado en realidad virtual.

Tesis por compendio / [ES] La fotogrametría ha demostrado un gran potencial para la obtención de mediciones precisas en diferentes campos de estudio, incluyendo la medicina. La deformación craneal es un problema con una alta prevalencia entre lactantes durante sus primeros años de vida, esta deformación puede tener diferentes causas y riesgos asociados. La causa más común de las deformaciones es posicional, este tipo de deformaciones se han asociado durante mucho tiempo a problemas únicamente estéticos. Sin embargo, diferentes autores han puesto de manifiesto la posible relación entre deformaciones posicionales y retrasos en el desarrollo. Otro tipo de deformación craneal es el causado por el cierre prematuro de algunas suturas craneales, que puede tener como consecuencia importantes riesgos para la salud de los lactantes y a menudo es corregido mediante cirugía. La detección precoz de estas deformaciones es importante para asegurar los mejores resultados futuros, ya que el cráneo es especialmente maleable durante los primeros meses de vida. La correcta monitorización de los pacientes también hace posible la evaluación de los diferentes tratamientos posibles y asegura una mejor evolución. Las metodologías actuales para la evaluación de la deformación craneal pueden dividirse en tres grupos principales: 1) Mediciones de bajo coste, realizadas con dispositivos simples como cinta métrica y calibre, o mediante un simple análisis visual; 2) Pruebas radiológicas, en concreto Tomografía Computerizada e Imagen por Resonancia Magnética, son consideradas la opción más precisa pero tienen un alto coste y son invasivas y 3) Soluciones basadas en imagen o escáneres 3D, que no son invasivas pero si tienen un alto coste y, como consecuencia, no están presentes en la práctica clínica habitual. En esta tesis doctoral se han estudiado las posibilidades de la fotogrametría como método para evaluar la deformación craneal en lactantes y se ha desarrollado una herramienta para llevarlo a cabo. La herramienta presentada es de bajo coste, objetiva y no invasiva, ya que no es necesaria la sedación de los pacientes. El mayor reto de este proyecto fue la obtención de datos con lactantes en movimiento durante una consulta médica rutinaria. En primer lugar, se utilizó cámara réflex para crear modelos 3D de la cabeza de los lactantes. La metodología generó modelos con una precisión adecuada pero la toma de datos requería largos periodos de tiempo y el montaje de diferentes dispositivos. El procesado de los datos también requería un largo periodo de tiempo al ser totalmente manual y requería de la intervención de un experto. Se han estudiado las necesidades para el desarrollo de una herramienta capaz de obtener de forma automática modelos 3D de las cabezas de lactantes en movimiento, y se ha desarrollado una herramienta innovadora. Esta herramienta consiste en un gorro codificado, que funciona junto a una aplicación móvil y guía al usuario durante la toma de datos, como consecuencia, no es necesario ningún conocimiento de fotogrametría por parte de este. Los datos son procesados en un servidor, obteniéndose el modelo y los parámetros de deformación en un tiempo aproximado de 4 minutos y con una precisión de 2 mm. Con el objetivo de hacer la herramienta útil para el personal médico, diferentes índices y parámetros de deformación se obtienen de forma automática a partir del modelo. La fotogrametría es una técnica válida para obtener datos de gran calidad y superar los retos que supone esta aplicación en concreto. Junto con el software desarrollado, la fotogrametría es la base para de una herramienta totalmente automatizada y optimizada para su uso en clínicas y hospitales. La herramienta desarrollada es altamente coste-efectiva y mejora considerablemente las opciones disponibles, ya que permite precisiones similares a soluciones complejas, pero con la ventaja de ser totalmente portable y de bajo coste. / [CA] La fotogrametria ha demostrat un gran potencial per a l'obtenció de mesuraments precises en diferents camps d'estudi, incloent la medicina. La deformació cranial és un problema amb una alta prevalença entre lactants durant els seus primers anys de vida, esta deformació pot tindre diferents causes i riscos associats. La causa més comuna de les deformacions és posicional, este tipus de deformacions s'han associat durant molt de temps a problemes únicament estètics. No obstant això, diferents autors han posat de manifest la possible relació entre deformacions posicionals i retards en el desenrotllament. Un altre tipus de deformació cranial és el causat pel tancament prematur d'algunes sutures cranials, que pot tindre com a conseqüència importants riscos per a la salut dels lactants i sovint és corregit per mitjà de cirurgia. La detecció precoç d'estes deformacions és important per a assegurar els millors resultats futurs ja que el crani és especialment mal·leable durant els primers mesos de vida. La correcta monitorització dels pacients també fa possible l'avaluació dels diferents tractaments possibles i assegura una millor evolució. Les metodologies actuals per a l'avaluació de la deformació cranial poden dividir-se en tres grups principals: 1) Mesuraments de baix cost, realitzades amb dispositius simples com a cinta mètrica i calibre, o per mitjà d'una simple anàlisi visual; 2) Proves radiològiques, en concret Tomografia Computeritzada i Imatge per Ressonància Magnètica, són considerades l'opció més precisa però tenen un alt cost i són invasives; i 3) Solucions basades en imatge o escàners 3D, que no són invasives però si tenen un alt cost i, com a conseqüència, no estan presents en la pràctica clínica habitual. En esta tesi doctoral s'han estudiat les possibilitats de la fotogrametria com a mètode per a avaluar la deformació cranial en lactants i s'ha desenrotllat una ferramenta per a dur-ho a terme. La ferramenta presentada és de baix cost, objectiva i no invasiva, ja que no és necessària la sedació dels pacients. El major repte d'este projecte va ser l'obtenció de dades amb lactants en moviment durant una consulta mèdica rutinària. En primer lloc, es va utilitzar càmera rèflex per a crear models 3D del cap dels lactants. La metodologia va generar models amb una precisió adequada però la presa de dades requeria llargs períodes de temps i el muntatge de diferents dispositius. El processat de les dades també requeria un llarg període de temps al ser totalment manual i requeria de la intervenció d'un expert. S'han estudiat les necessitats per al desenrotllament d'una ferramenta capaç d'obtindre de forma automàtica models 3D dels caps de lactants en moviment, i s'ha desenrotllat una ferramenta innovadora. Esta ferramenta consisteix en una capelina codificada, que funciona junt amb una aplicació mòbil i guia l'usuari durant la presa de dades, com a conseqüència, no cal cap coneixement de fotogrametria per part d'este. Les dades són processats en un servidor, obtenint-se el model i els paràmetres de deformació en un temps aproximat de 4 minuts i amb una precisió de 2 mm. Amb l'objectiu de fer la ferramenta útil per al personal metge, diferents índexs i paràmetres de deformació s'obtenen de forma automàtica a partir del model. La fotogrametria és una tècnica vàlida per a obtindre dades de gran qualitat i superar els reptes que suposa esta aplicació en concret. Junt amb el programari desenrotllat, la fotogrametria és la base para d'una ferramenta totalment automatitzada i optimitzada per al seu ús en clíniques i hospitals. La ferramenta desenrotllada és altament cost-efectiva i millora considerablement les opcions disponibles, ja que permet precisions semblants a solucions complexes, però amb l'avantatge de ser totalment portable i de baix cost. / [EN] Image-based and range-based solutions have great potential for accurate measurements in many different fields, including medicine. Cranial deformation is a problem with high prevalence among infants during their first months of life. Cranial deformation has different causes and associated risks. Most common deformations have positional causes and have long been considered to cause aesthetical problems only. Nowadays, authors are pointing at these deformations as a possible indicator of future developmental delays. Another type of cranial deformation is caused by the early closing of cranial sutures, that can lead to important health risks and is usually corrected by surgery. Early detection of the deformation leads to better development prospects, as cranium is especially malleable during the first months of life. Good monitoring also provides better data for evaluation of the different correction procedures, improving the outcome of the patients over time. Cranial deformation evaluation methodologies can be divided into three mean groups: 1) Low-cost measurements carried out by simple tools such as calliper and measuring tape and even visual assessment; 2) Radiological tests (Computed Tomography (CT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI)), considered the gold standard, but costly and highly invasive; and 3) Image-based and range-based commercial solutions, non-invasive but too costly to be implemented as part of the clinical routine in many hospitals and clinics. In this doctoral thesis, the possibilities of photogrammetry as a method for cranial deformation assessment has been studied and a novel tool has been developed. The tool was required to be low-cost, objective and non-invasive, so no sedation would be required. The main challenge of the project was dealing with the movement of the infants during the consultation. In the first place, single-lens reflex (SLR) cameras were used to obtain head models of the patients. The methodology provided the required accuracy but the data acquisition was time-consuming and required an important setup. The data processing was also time-consuming, being totally manual and requiring expert users. The necessities to automatically obtain accurate 3D models from moving infants were studied and a novel tool was developed. The developed tool consists of a coded cap that works together with a smartphone app to guide the user during the data acquisition. Therefore, no expertise is required for data acquisition. The data is later processed on a server and the model and deformation parameters are made available to the user in less than 4 minutes with an accuracy of 2 mm. In order to make the model valuable for doctors, automatic measurements and deformation indexes are extracted from the model. Photogrammetry is a suitable technique to obtain high quality data and overcome the limitations. Together with ad-hoc developed software, it is the base of a fully automatic tool that is optimised for its use in clinics and hospitals. The developed tool is considered highly cost-effective and an important improvement as it provides similar data as existing costly setups, but it is also low-cost and portable. / This project was founded by a predoctoral fellowship from Generalitat Valenciana and the European Social Fund, grant number ACIF/2017/056. / Barbero García, I. (2020). Development of a Photogrammetric Tool for Cranial Deformation Analysis in Infants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160024 / Compendio

The application of additive manufacturing technologies for construction has evidenced potential economic, social, and environmental benefits compared to conventional casting procedures. 3D printing for construction is a disruptive technology with the potential for rapid and massive applications making it a feasible alternative for social housing, temporary shelters after disasters, and, recently, extraterrestrial habitats. In this line, this thesis presents the development of earthen-based and cement-based matrices with fresh properties, hardening, and hardened-state properties compatible with this new construction process. First, a medium-scale 3D printing prototype was designed and validated for additive construction applications. The revision of state of the art helps us to define the key properties to design printable matrices: flowability, extrudability, open time, and buildability. Based on these key properties, together with a mechanical evaluation and shrinkage cracking monitoring, printable earthen-based and cement-based matrices were developed. First, the printable capabilities of ecofriendly earthen-based matrices which use potato starch as a natural stabilizer for raw soil mortars aim to obtain 3D printed filaments with adequate fresh and hardenedstates properties. The results indicate that printable earthen-based matrices reinforced with 1 % of sisal fibers by weight of soil and stabilized with aqueous starch gels with concentrations up to 5 % (w/w) showed improved workability and minor cracking and can be used for 3D printing. Then, the thesis presents a methodology based on a set of low-cost experimental tests for the development of cement-based matrices suitable for layer-by-layer deposition. The results of the systematic experimental campaign indicate that yield strength obtained by shear vane tests is a good reference value for proportioning extrudable, pumpable, and buildable concretes. However, special attention has to be given to the binder/fine aggregate weight ratio as low binder contents can lead to clogging of the pumping system. The current research shows four formulations with good printing capabilities obtained after shear vane tests, filament printing tests, and stacking tests. Finally, two medium-scale section walls have been additively manufactured using the optimum concrete validating the proposed methodology.