Thesis (Ph.D. (Education))--North-West University, Vaal Triangle Campus, 2007.

Afin de répondre au besoin croissant de puissance de calcul qui intéresse les applications scientifiques, des architectures de calculateurs de plus en plus parallèles se répandent, de type cluster, MPP, ou autre, avec de plus en plus d'unités de calcul. Les codes de calcul, en s'adaptant à ce parallélisme, produisent de fait des résultats de plus en plus volumineux. Dans le domaine plus spécifique de la dynamique moléculaire appliquée à la physique des matériaux, le nombre de particules d'un système étudié est aujourd'hui de l'ordre de quelques millions à quelques centaines de millions, ce qui pose d'importants problèmes d'exploitation des données produites. Les solutions de visualisation utilisées auparavant ne sont plus capables de traiter une telle quantité d'information de façon interactive. Le but de cette thèse est de concevoir et d'implémenter une solution de manipulation de données composées d'un très grand nombre de particules, formant un ensemble .dense. ( par exemple, une simulation en dynamique moléculaire de quelques dizaines de millions d'atomes ). Cette solution devra être adaptative pour pouvoir fonctionner non seulement sur un poste de bureau de type .desktop., mais aussi dans des environnements collaboratifs et immersifs simples, par exemple de type mur d'image, avec éventuellement des éléments de réalité virtuelle (écrans stéréo, périphériques 3D). De plus, elle devra augmenter l'interactivité, c'est-à-dire rendre le système plus apte à réagir avec l'utilisateur, afin d'effectuer des phases d'exploration des données plus efficaces. Nous proposons une solution répondant à ces besoins de visualisation particulaire dense, en apportant des améliorations : - à l'interaction, par un système permettant une exploration simple et efficace d'une simulation scientifique. A cette fin, nous avons conçu, développé, et testé le .FlowMenu3D., une extension tridimensionnelle du .FlowMenu., un menu octogonal utilisé en environnement 2D. - à l'interactivité, par une architecture optimisée pour le rendu de systèmes particulaires denses. Cette dernière, intégrée au framework de visualisation VTK, est conçue sur le principe d'un rendu parallèle hybride sort-first/sort-last, dans lequel le système sort-last Ice-T est couplé à des extensions de partitionnement spatial des données, d'occlusion statistique par une méthode de Monte-Carlo, mais aussi de programmation GPU à base de shaders pour améliorer la performance et la qualité du rendu des sphères représentant les données.

Un nouveau régime de combustion capable de réduire la formation des oxydes d'azote est étudié. Une flamme non prémélangée est stabilisée entre des réactifs dilués, préalablement chauffés et injectés séparément dans un brûleur à contre-courant. Un dispositif expérimental a été réalisé, avec pour paramètres de fonctionnement l'étirement aérodynamique, le taux de turbulence des jets opposés, la température de préchauffage et le taux de dilution dans l'azote des espèces réactives. La caractérisation aérothermochimique est effectuée au moyen de la PIV et de l'imagerie d'émission des radicaux OH* et CH*. Des algorithmes spécifiques de traitement des images et d'extraction des zones réactives ont été mis au point. L'influence des paramètres sur les propriétés de la flamme a été mesurée. Le domaine d'inflammabilité croît avec l'augmentation de la température et de la turbulence, mais se restreint avec celle de la dilution. Ces observations ont été reliées à l'épaisseur des zones chimiquement actives. La turbulence augmente le transport des espèces et rend la flamme, lorsque les réactifs sont préchauffés, plus robuste à l'extinction. L'augmentation de la température et de la turbulence conduit à une homogénéisation spatiale des propriétés de la flamme et de l'écoulement.

I flera år har återskapandet av fotorealistiska bilder spelat en viktig roll när det gäller användningen av 3D-CGI för visualisering och marknadsföring. Återskapandet av något som kan kallas fotorealistiskt utan att ha använt en kamera medför många fördelar och möjligheter som fotografering har svårt att uppnå. På grund av detta har flera företag börjat använda CGI som en alternativ metod för marknadsföring istället för fotografi. Det finns dock fortfarande områden där användningen av CGI är begränsad, antingen på grund av hög komplexitet vilket innebär höga kostnader. För denna studie fokuserar vi på användningen och upplevelsen av CGI-bilder av mat som används i reklam. Anledningen till detta är på grund av vår dagliga interaktion och konsumtion av mat, vilket kan medföra att vår perception av något som just mat, drastiskt kan skilja sig från vår perception av andra produkter som är skapade med hjälp av CGI. För att testa vår perception av CGI-bilder av mat formulerade vi en enkätundersökning vars syfte var att jämföra CGI-bilder med dess fotografiska motsvarighet för att döma den aptitlighet som deltagarna känner inför varje bild. Detta genomfördes genom att deltagarna betygsatte olika bilder med ett aptitlighetsvärde samt kommenterade om hur de kände inför specifika bilder och även deras generella åsikter om användningen av CGI för marknadsföring. Vår undersökning visade en ringa preferens mot CGI-bilderna jämfört med de fotografierna som vi använt. Det fanns dock flera deltagare som ogillade det "plastiga" och orealistiska utseendet av CGI-bilderna vilket ledde till mycket lägre aptitlighet. Vi hypotiserar att anledningen till en preferens för CGI-bilderna i denna studie är för att CGI-bilder kan ha en orealistisk perfektion som kan framhäva mer aptitlighet än vad produkten utseende skulle göra i verkligheten. Vilken typ av produkt som bilderna representerar kan också spela en stor del i vårt resultat. I denna studie använde vi bilder på chokladbitar, resultatet kan därför starkt vara kopplat till val av bilder och om studien skulle använt bilder av andra matkategorier, t.ex. kött, frukt eller grönsaker, skulle resultatet kunna se annorlunda ut. / For several years, the recreation of photorealistic images has had a major role within the use of 3D-CGI for visualisation and advertisement. The recreation of something that can be called photorealistic without the use of a camera provides several advantages over photography. Because of this - several companies has begun using CGI as an alternative method within advertisement. There's still however, areas where the use of CGI remains limited - either because of the complexity and thus the expense, or because of how we as human perceive something that is done with CGI. We focused this study on the use of CGI food images used for advertisement. The reason for this is that we interact and consume food everyday, which can mean that our perception of something that we see as a consumable item may be drastically different from other products created with CGI. To test the perception of CGI images of food, we created a survey which purpose was to compare images of food utilizing CGI with photographic counterparts to judge the experienced appeal felt towards each image by a group of participants. This was done by having participants rate the images with a score of appeal as well as give written feedback of their thoughts about specific images and their general opinion of the use of CGI for advertisement purposes. Our survey showed a slight preference towards the CGI rendered images compared to the photographs that we used. There were however, several participants who disliked the "plastic" and unrealistic look of the CGI images that severely lowered the amount of appeal that was experienced. We hypothesize that the reason for the preference for CGI images in this study was because the use of CGI can make an image have an unrealistic perfection to it that can provoke a stronger appeal than how the look of the product would do in actuality. The type of product that the image represents may also play an important factor. This study focuses on chocolate bars, and thus the results may vary greatly if the study was conducted with the use of other food products, such as meat, fruit or vegetables.

Traditional 2-D contour models, Physical Models, Computer-Aided Architectural Design (CAD), Virtual Reality models, Google SketchUp, and Building Information Modelling (BIM) have all greatly enhanced the design process by enabling designers to visualise buildings and the space within them prior to their construction. A recent development is Massively Multiplayer Online Games (MMOG) such as Second Life (SL). These offer users the opportunity to interact with other participants in real time, and so offer an excellent opportunity to experience the environment, layout and form of virtual buildings. However, the effectiveness of such applications to some extent depends upon how realistic the interactions of those using virtual spaces are in relation to interactions within the real world. This research examines the potential of this technology for enhancing and informing the early stage building design process. Initially, the tools currently used by architects at early stages of the RIBA Plan of Work were evaluated through interviewing architects. Then, the advantages of using MMOG over current tools at early-stage design were evaluated through interviews in SL. A virtual model was developed to examine how realistic the visualisation and interaction between end-users in an MMOG was. This was used to propose and validate guidance to incorporating MMOG into the early stages of the RIBA Plan of Work. It revealed that the virtual model created, the validated guidance and a successful example combining 2D sketches, Google SketchUp and MMOG at early-stage design can be used to guide architects to manage the complex decision making process in a simple, easy, cost-effective way, while effectively engaging both professional and non-professional stakeholders.

The gastrointestinal tract comprises a number of digestive organs including the stomach and pancreas. The stomach is involved in the digestion and short term storage of food while the pancreas is a mixed endocrine and exocrine gland which provides the body with hormones and enzymes essential for nutritional utilisation. The pancreas consists of three different cell lineages, acinar, ductal and endocrine cells. The endocrine cells, organised in the islets of Langerhans, are scattered throughout the exocrine parenchyma and regulate blood glucose levels by production of hormones such as glucagon and insulin. The Nkx family of homeodomain proteins controls numerous processes during development. Previous studies have identified two members belonging to the Nkx6 subfamily of Nkx proteins, Nkx6.1 and Nkx6.2. We have described the cloning and embryonic expression pattern of Nkx6.3. All three members of the Nkx6 gene family were shown to be expressed in partially overlapping domains during the development of the gastrointestinal tract and the central nervous system. Nkx6.2 was also identified as a transient marker for pancreatic exocrine cells. Analysing gene expression patterns and morphological features in tissues and organs is often performed by stereologic sampling which is a labour-intensive two dimensional approach that rely on certain assumptions when calculating e.g. β-cell mass and islet number in the pancreas. By combined improvements in immunohistochemical protocols, computational processing and tomographic scanning, we have developed a methodology based on optical projection tomography (OPT) allowing for 3D visualisation and quantification of specifically labelled objects within intact adult mouse organs. In the pancreas, this technique allows for spatial and quantitative measurements of total islet number and β-cell mass. We have further developed a protocol allowing for high resolution regional analyses based on global OPT assessments of the pancreatic constitution. This methodology is likely to facilitate detailed cellular and molecular analysis of user defined regions of interest in the pancreas, at the same time providing information on the overall disease state of the gland. Type 1 diabetes mellitus (T1D) can occur at any age and is characterized by the marked inability of the pancreas to secrete insulin due to an autoimmune destruction of the insulin producing β-cells. Information on the key cellular and molecular events underlying the recruitment of lymphocytes, their infiltration of the islets of Langerhans and consequent β-cell destruction is essential for understanding the pathogenesis of T1D. Using the developed methodology we have recorded the spatial and quantitative distribution of islet β-cells and infiltrating lymphocytes in the non obese diabetic (NOD) mouse model for T1D. This study shows that the smaller islets, which are predominantly organised in the periphery of the organ, are the first to disappear during the progression of T1D. The larger islets appear more resistant and our data suggest that a compensatory proliferative process is going on side by side with the autoimmune-induced β-cell destruction. Further, the formation of structures resembling tertiary lymphoid organs (TLOs) in areas apparently unaffected by insulitis suggests that local factors may provide cues for the homing of these lymphocytes back to the pancreas.

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Dans cette thèse, nous présentons un système complet permettant de sauvegarder un processus destructif tel qu'une dissection anatomique. Nous proposons une méthode depuis l'acquisition 3D des données jusqu'à la visualisation interactive et immersive, dans le but de créer une vérité terrain. L'acquisition 3D regroupe l'acquisition de la géométrie par scanner laser (maillage) ainsi que de l'information de couleur par le biais d'un appareil photo haute résolution (texture). Ce processus d'acquisition et répété au cours de la dissection du spécimen. Les différentes acquisitions du spécimen sont représentées par des surfaces 3D texturées. Elles sont ensuite recalées entre elles. Un expert anatomiste peut alors explorer ces différentes étapes de dissections modélisées dans une visualisation immersive en utilisant du matériel d'interaction (bras haptique). Un outil d'étiquetage permet une segmentation manuelle précise de régions d'intérêt visibles sur chacune des surfaces 3D. Un objet tridimensionnel peut ensuite être reconstruit et proposé à l'utilisateur sur la base des zones d'intérêt étiquetées. Le but étant de créer des vérité terrains afin de confronter des résultats issus de modalités d'acquisition volumiques (IRM). Nous montrons l'application de la méthode à la reconstruction de faisceaux de fibres blanches humaine dans le but de valider des résultats de tractographie.

L'objectif de ce travail est d'étudier expérimentalement la formation du capillaire durant le perçage et le soudage par faisceau laser, et de développer une simulation numérique permettant de reproduire la dynamique de formation et d'évolution du capillaire. Nous avons fait le choix d'utiliser comme matériau test le Zinc, en raison de ses propriétés thermodynamiques. Afin de simplifier le problème, nous avons étudié dans un premier temps le mécanisme de perçage. Deux méthodes expérimentales ont été utilisées pour caractériser l'évolution de la géométrie du capillaire : La méthode DODO (Direct Observation of Drilled hOle ) permet de visualiser le capillaire après perçage pour différentes durées et la méthode Zn-Quartz permet d'observer directement son évolution temporelle par camera rapide à travers une lame de quartz. Puis nous avons utilisé cette évolution pour mettre au point une simulation du mécanisme de perçage. Après avoir étudié le dépôt de puissance à l'intérieur d'un capillaire en tenant compte des réflexions multiples et estimé l'importance de la perte d'énergie et de matière lors du processus, nous avons développé une simulation en utilisant le logiciel Comsol Multiphysics couplant l'équation thermique, l'équation de Navier Stokes et prenant en compte le déplacement du métal fondu sous l'action de la pression de recul. Dans ce cas, on observe la formation d'un bourrelet important au bord du trou et une augmentation de la profondeur du capillaire. Ensuite nous avons étudié la formation du capillaire durant le soudage laser, c'est-à-dire avec déplacement de la source. A partir des techniques mises en œuvre pour l'étude du perçage nous avons obtenu l'évolution de la forme du capillaire dans le cas du soudage Zn/Quartz. Nous avons réalisé une simulation relativement simple en supposant la géométrie et la température du capillaire connues a priori. Nous avons constaté qu'un modèle simple, modélisant uniquement les transferts thermiques par conduction, permet de bien simuler la forme de la zone fondue pour les couples Zn/Zn et Zn-quartz.

Titre: La Visualisation in vivo des « espèces oxygénées radiculaires» au niveau des cellules ganglionnaires de la rétine. Le But : Les espèces d'oxygène réactives sont non seulement produites à la suite de la blessure cellulaire, mais servent aussi des molécules faisantes des signes pour une variété de processus critiques, en incluant mitosis et de mort de cellule. Nous avons auparavant dit que la blessure à RGC axons incite un éclatement de superoxyde dans le corps de cellule, probablement de l'origine mitochondrial (Lieven et al, 2006). Nous décrivons maintenant une méthode pour refléter des espèces d'oxygène réactives dans la rétine de l'animal vivant en utilisant un confocal le lisant rapidement du laser ophthalmoscope a appelé la Rétine de Heidelberg Angiograph 2 (HRA2) équipé avec les lasers doubles. La méthodolologie : Après les études préliminaires en utilisant d'autres indicateurs (hydroethidium; HEt) pour les espèces d'oxygène réactives, nous avons essayé de refléter des espèces d'oxygène réactives dans le dans le modèle de vivo l'utilisation 5-(et 6)-chloromethyl-2', 7 '-dichlorodihydrofluorescein diacetate, l'acétyle ester (le CM-H2DCFDA). Un nerf optique de Longs-Evans rats a été écrasé intraorbitalement, en épargnant la circulation retinal. Dans certains rats colliculi supérieur de Longs rats Evans avait été auparavant exposé via craniotomy et surposé avec Gelfoam saturé avec le vert indocyanine (ICG). Aux points de temps variables les animaux ont été injectés intraveineusement ou intravitreally avec HEt ou le CM-H2DCFDA et reflétés avec fluorescein et-ou les filtres d'ICG en utilisant le HRA2. Les résultats: Nous avons démontré le foyer brillant multiple de fluorescence dans la couche de cellule de ganglion quand nous avons rétrogradement étiqueté d'ICG bilatéralement, en indiquant qu'ICG était un colorant rétrogradement transporté qui pourrait être découvert avec le HRA2. Après axotomy et l'injection intravitreal de CM-H2DCFDA, il y avait la fluorescence brillante dans le canal fluorescein dans quelques cellules dans la couche de cellule de ganglion, en accord avec la production d'une ou plusieurs espèces d'oxygène réactives. Les conclusions : RGCs peut être identifié et les niveaux d'espèces d'oxygène réactives mesurés en utilisant une fréquence double confocal Mots-clés : cellules ganglionnaires de la rétine; especes oxygenique radiculaire; la visualisation; / Title: Imaging Reactive Oxygen Species in RGCs In vivo Purpose: Reactive oxygen species not only are generated as a result of cellular injury, but also serve as signaling molecules for a variety of critical processes, including mitosis and cell death. We previously reported that injury to RGC axons induces a burst of superoxide within the cell body, probably of mitochondrial origin (Lieven et al, 2006). We now describe a method for imaging of reactive oxygen species within the retina of the living animal using a confocal scanning laser ophthalmoscope called the Heidelberg Retina Angiograph 2 (HRA2) equipped with dual lasers. Methods: Following preliminary studies using other indicators (hydroethidium; HEt) for reactive oxygen species, we attempted to image reactive oxygen species in the in vivo model using 5-(and-6)-chloromethyl-2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate, acetyl ester (CM-H2DCFDA). The resultant images were quantified using ImageJ. One optic nerve of Long-Evans rats was crushed intraorbitally, sparing the retinal circulation. In some rats the superior colliculi of Long-Evans rats had been previously exposed via craniotomy and overlaid with Gelfoam saturated with indocyanine green (ICG). At varying time points the animals were injected intravenously or intravitreally with HEt or CM-H2DCFDA and imaged with fluorescein and/or ICG filters using the HRA2. Results: We demonstrated multiple bright foci of fluorescence in the ganglion cell layer when we retrogradely labeled with ICG bilaterally, indicating that ICG was a retrogradely transported dye that could be detected with the HRA2. Following axotomy and intravitreal injection of CM-H2DCFDA, there was bright fluorescence in the fluorescein channel in a few cells in the ganglion cell layer, consistent with production of one or more reactive oxygen species. There was no cross-talk between the fluorescein and ICG channels when detecting ICG or CM-H2DCFDA, respectively. Conclusions: Retrograde labeled RGCs can be identified and levels of reactive oxygen species measured using a dual frequency confocal scanning laser ophthalmoscope. Keywords RGCs, oxidative radical, imaging