O presente trabalho aborda alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais. Inicialmente apresentam-se um breve histórico deste sistema estrutural, algumas informações gerais a respeito das classificações das estruturas espaciais, das \'tipologias\' para alguns dos sistemas mais utilizados, assim como exemplos de aplicação destas estruturas. A seguir discutem-se aspectos relativos à análise estrutural, com a apresentação de um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente apresentam-se alguns resultados teóricos e experimentais relativos a barras comprimidas de inércia variável ao longo do comprimento. / In this work, some structural and constructional aspects of metal space structures are presented. lnitially, a brief review of this structural system is described together with some general informations about classifications, types and applications of usual systems. In addition, some aspects about structural analysis are discussed, presenting a brief guide for a space truss design. Finally, some theoretical and experimental results are illustrated for a case of axial compression members with variable stiffness.

As atividades de teste automatizado contribuem significativamente para a redução de custos e a produtividade do projeto durante o processo de desenvolvimento de software. O teste automatizado reduz o esforço humano e aumenta a qualidade do produto final. No entanto, a alta complexidade da saída produzida pelos SUT (do inglês, System Under Test) contemporâneos limita, em alguns casos, a aplicação de estratégias de teste automatizadas. Sistemas com saídas gráficas/áudio, imagens tridimensionais, interfaces gráficas com o usuário e alguns aplicativos da Web são exemplos de sistemas com saídas complexas. A falta de oráculos automatizados de teste leva à aplicação de testes executados manualmente pelo próprio testador (oráculo humano), de modo informal, ad-hoc e improdutivo. Uma possível contribuição para aliviar esforços do testador é a implementação de oráculos de teste baseados na extração de características das saídas do SUT. Resultados de trabalhos anteriores mostram que tal abordagem contribui para o aumento da produtividade do teste, mitigando e complementando os esforços manuais. Este trabalho de mestrado propõe e avalia oráculos de teste automatizados para sistemas cujas saídas consistem em imagens médicas tridimensionais. Para tanto, é explorado o framework O-FIm/CO (do inglês, Oracle for Images and Complex Outputs) que utiliza conceitos de Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo (do inglês, Content-Based Image Retrieval CBIR) como uma forma de automatizar oráculos de teste. Além de adaptações e extensões do framework, desenvolveram-se plug-ins que representam extratores de características de imagens médicas tridimensionais de vasos sanguíneos. Para evidenciar a eficácia da abordagem, foram conduzidos dois estudos experimentais objetivando avaliar a eficácia e a precisão dos oráculos de teste baseados em características na avaliação desse tipo de imagem. Além disso, realizou-se um estudo experimental comparando os oráculos de teste baseados em características e oráculos humanos. Os resultados evidenciam a eficácia da abordagem como uma estratégia promissora para automatizar atividades de teste, contribuindo para a redução de tempo e esforços gerados por abordagens manuais durante a avaliação da qualidade de sistemas geradores de imagens médicas tridimensionais. / Automated testing activities significantly contribute to cost reduction and project productivity during the software development process. Automated testing reduces human effort and increases the quality of the final product. However, the high complexity of contemporary SUT outputs limits, in some cases, the application of automated test strategies. Systems with graphical/audio outputs, three-dimensional imaging, graphical user interfaces and some web applications are examples of systems with complex outputs. The lack of automated test oracles leads to the application of manual tests performed by the tester (human oracle) in an informal, ad-hoc and unproductive manner. One possible contribution to alleviate the testers efforts is to implement test oracles based on the extraction of characteristics from the SUT outputs. Results from previous work show that such an approach contributes to increase test productivity, mitigating and complementing manual efforts. This dissertation proposes and evaluates automated test oracles for systems whose outputs consist of three-dimensional medical images. To do so, the framework O-FIm/CO (Oracle for Images and Complex Outputs) that uses CBIR (Content-Based Image Retrieval) concepts is explored as a strategy to automate test oracles. In addition to adaptations and extensions of the framework, plug-ins were developed which represent extractors of three-dimensional medical image characteristics of blood vessels. To demonstrate the efficacy of the approach, two experimental studies were conducted to evaluate the efficacy and accuracy of feature-based test oracles in the evaluation of such images. Moreover, an experimental study was conducted to compare feature-based test oracles with human oracles. The results show the efficacy of the approach as a promising strategy to automate testing activities, contributing to the reduction of time and effort generated by manual approaches during the quality assessment of three-dimensional medical imaging systems.

A Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo (Content-Based Image Retrieval - CBIR) visa recuperar, em uma base de imagens, as ocorrências mais similares a uma imagem fornecida como modelo, a partir de características extraídas desses objetos. O uso dos conceitos de CBIR, embora bem explorado para recuperação de imagens bidimensionais, ainda é pouco explorado no domínio de objetos tridimensionais. A partir da identificação de lacunas na literatura a respeito da abordagem eficiente para recuperação destes objetos, o objetivo deste estudo foi definir, implementar e validar técnicas de recuperação destes objetos médicos tridimensionais com base no seu conteúdo considerando buscas globais e regionalizadas da estrutura tridimensional. Para atingir tal objetivo foram realizadas as seguintes atividades: revisão bibliográfica, definição da base de dados, implementação de descritores e métodos de comparação por similaridade, construção de um protótipo de sistema de recuperação, realização de testes com objetos médicos tridimensionais e análise dos resultados. Os resultados obtidos com os métodos desenvolvidos foram positivos, alcançando 90% de média de precisão no retorno da busca. Verificou-se que os descritores baseados em Harmônicos Esféricos podem ser adaptados para serem utilizados como descritores locais. Adicionalmente, verificou-se que a abordagem utilizando grafos bipartidos em conjunto com o cálculo de similaridade por meio de uma rede de fluxo, produziu resultados melhores do que os métodos que utilizaram abordagens clássicas de comparação. Em relação ao estudo de caso analisado, as Cardiomiopatias, foi possível constatar que as informações de idade e gênero contribuem para melhorar a precisão da recuperação, uma vez que essas informações podem influenciar diretamente a estrutura do ventrículo esquerdo. Além disso, em uma avaliação com usuários finais da área de Cardiologia, constatou-se que efetivamente esta abordagem pode auxiliar na composição de diagnósticos. Estes resultados confirmaram o potencial que a recuperação por conteúdo possui no contexto médico, além de contribuir com a área de Computação no sentido de ter desenvolvido técnicas para recuperação por conteúdo no domínio de objetos tridimensionais. / Content-Based Image Retrieval - CBIR aims to retrieval, in an image database, the most similar occurrences to an image provided as a query, from extracted characteristics of these objects. The use of CBIR concept, although exploited for recovery of twodimensional images, is still under explored in the three-dimensional objects knowledge field. Based on the identification of the current literature gaps regarding efficient approaches to retrieval these objects, the objective of this study was to define, implement and validate retrieval techniques of three-dimensional medical objects based on their content considering global and regionalized searches of the three-dimensional structure. In order to achieve this objective, the following activities were carried out: literature review, database definition, implementation of descriptors and methods of comparison by similarity, construction of a retrieval system prototype, tests with three-dimensional medical objects and results analysis. The results obtained with the methods developed were positive, reaching 90% of mean precision in the return of the search. It has been found that the descriptors based on Spherical Harmonics can be adapted to be used as local descriptors. Additionally, it was identified that the approach using bipartite graphs in conjunction with the similarity computation through network flow, produced better results than the methods that used classic approaches of comparison. Regarding the case study analyzed, the Cardiomyopathies, it was possible to verify that the information of age and gender contribute to improve the accuracy of the retrieval, since this information can directly influence the structure of the left ventricle. In addition, in an evaluation with end users of Cardiology area, it was verified that this approach can effectively aid in the diagnoses. These results confirmed the potential that content-based retrieval has in the medical context, as well as contribute to the Computing area in the sense of developing techniques for content-based in three-dimensional retrieval.

Apresentamos neste trabalho o desenvolvimento de um método para o reconhecimento do Formato de Objetos Tri-dimensionais. Os sistemas tradicionais de Visão Computacional empregam imagens bi-dimensionais obtidos através de câmeras de TV, ricas em detalhes necessários a visão humana. Estes detalhes em grande parte das aplicações industriais de Robôs são supérfluos. Os algoritmos tradicionais de classificação consomem portanto muito tempo no processamento deste excesso de informação. Para este trabalho, desenvolvemos um sistema dedicado para reconhecimento que utiliza um feixe de Laser defletido sobre um objeto e a digitalização da Luminância em cada ponto de sua superfície. A intensidade luminosa refletida e proporcional a distância do ponto ao observador. É, portanto, possível determinar parâmetros que classifiquem cada objeto. A inclinação de cada face de um poliedro, o comportamento de suas fronteiras e também a existência de arestas internas, são as características adotadas. Estas características são então rotuladas, permitindo que o programa de classificação busque em um \"banco de conhecimento\" previamente estabelecido, a descrição dos objetos. Uma mesa giratória permite a rotação do modele fornecendo novas vistas ao observador, determinando sua classificação. Todo o sistema é controlado por um microcomputador cujo programa reconhece em tempo real o objeto em observação. Para o protótipo construído, utilizamos um Laser de HeNe sendo a recepção do raio refletido realizada por um fototransistor. Os objetos reconhecíveis pelo programa são poliedros regulares simples, compondo o seguinte conjunto: 1 prisma de base triangular, 1 cubo, 1 pirâmide de base triangular, 1 pirâmide de base retangular. O tratamento matemático empregado visa a comprovação da tecnologia proposta, podendo, na continuação de trabalhos futuros, ser efetivamente estendido a diversos outros objetos como, por exemplo, os de superfícies curvas. / We present in this work a new method for three dimensional Shape Recognition. Traditional Computer Vision systems use bi-dimensional TV camera images. In most of the industrial Robotic applications, the excess of detail obtained by the TV camera is needless. Traditional classification algorithms spend a lot of time to process the excess of information. For the present work we developed a dedicated recognition system, which deflects a Laser beam over an object and digitizes the Reflected beam point by point over the surface. The intensity of the reflected beam is proportional to the observer distance. Using this technique it was possible to establish features to classify various objects. These features are the slope of the polyhedral surfaces, the boundary type and the inner edges. For each object the features are labeled and the classification algorithm searches in a \"knowledge data base\" for the object description. The recognition system used a He-Ne Laser and the reflected signal was captured by a photo-transistor. The object to be recognized is placed over a rotating table which can be rotated, supplying a new view for the classification. A microcomputer controls the system operation and the object is recognized in real time. The recognized objects were simple regular polyhedral, just as: 1 triangular base prism, 1 cube, 1 triangular base pyramid, 1 rectangular base pyramid. To check that the proposed technology was correct, we used a dedicated mathematical approach, which can be extended to other surfaces, such as curves, in future works.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de elementos finitos mistos-híbridos de tensão bidimensionais e tridimensionais aplicados a análises estáticas e modais, considerando-se materiais isotrópicos elásticos lineares. Destaca-se a criação de um novo elemento misto-híbrido tridimensional de tensão para análise modal descrito como um hexaedro serendipiano composto por vinte nós. A formulação é baseada na aproximação simultânea e independente dos campos de tensão e deslocamento no volume de um elemento, bem como de deslocamento na fronteira do mesmo. Estas aproximações não satisfazem as equações de equilíbrio, deslocamento-deformação e constitutivas a priori. Polinômios de Legendre são utilizados para a composição das aproximações, formando uma base completa. A característica ortogonal destas funções promove a geração de sistemas altamente esparsos. Os modelos estruturais são discretizados por elementos quadrilaterais ou hexaédricos, sendo refinados quanto ao aumento do número de elementos (refinamento h) ou do grau das funções de aproximação (refinamento p). Testes estáticos e modais encontrados na literatura e em programas comerciais de elementos finitos são implementados com elementos mistos-híbridos de tensão para a comprovação da acuracidade destes elementos.

As atividades de teste automatizado contribuem significativamente para a redução de custos e a produtividade do projeto durante o processo de desenvolvimento de software. O teste automatizado reduz o esforço humano e aumenta a qualidade do produto final. No entanto, a alta complexidade da saída produzida pelos SUT (do inglês, System Under Test) contemporâneos limita, em alguns casos, a aplicação de estratégias de teste automatizadas. Sistemas com saídas gráficas/áudio, imagens tridimensionais, interfaces gráficas com o usuário e alguns aplicativos da Web são exemplos de sistemas com saídas complexas. A falta de oráculos automatizados de teste leva à aplicação de testes executados manualmente pelo próprio testador (oráculo humano), de modo informal, ad-hoc e improdutivo. Uma possível contribuição para aliviar esforços do testador é a implementação de oráculos de teste baseados na extração de características das saídas do SUT. Resultados de trabalhos anteriores mostram que tal abordagem contribui para o aumento da produtividade do teste, mitigando e complementando os esforços manuais. Este trabalho de mestrado propõe e avalia oráculos de teste automatizados para sistemas cujas saídas consistem em imagens médicas tridimensionais. Para tanto, é explorado o framework O-FIm/CO (do inglês, Oracle for Images and Complex Outputs) que utiliza conceitos de Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo (do inglês, Content-Based Image Retrieval CBIR) como uma forma de automatizar oráculos de teste. Além de adaptações e extensões do framework, desenvolveram-se plug-ins que representam extratores de características de imagens médicas tridimensionais de vasos sanguíneos. Para evidenciar a eficácia da abordagem, foram conduzidos dois estudos experimentais objetivando avaliar a eficácia e a precisão dos oráculos de teste baseados em características na avaliação desse tipo de imagem. Além disso, realizou-se um estudo experimental comparando os oráculos de teste baseados em características e oráculos humanos. Os resultados evidenciam a eficácia da abordagem como uma estratégia promissora para automatizar atividades de teste, contribuindo para a redução de tempo e esforços gerados por abordagens manuais durante a avaliação da qualidade de sistemas geradores de imagens médicas tridimensionais. / Automated testing activities significantly contribute to cost reduction and project productivity during the software development process. Automated testing reduces human effort and increases the quality of the final product. However, the high complexity of contemporary SUT outputs limits, in some cases, the application of automated test strategies. Systems with graphical/audio outputs, three-dimensional imaging, graphical user interfaces and some web applications are examples of systems with complex outputs. The lack of automated test oracles leads to the application of manual tests performed by the tester (human oracle) in an informal, ad-hoc and unproductive manner. One possible contribution to alleviate the testers efforts is to implement test oracles based on the extraction of characteristics from the SUT outputs. Results from previous work show that such an approach contributes to increase test productivity, mitigating and complementing manual efforts. This dissertation proposes and evaluates automated test oracles for systems whose outputs consist of three-dimensional medical images. To do so, the framework O-FIm/CO (Oracle for Images and Complex Outputs) that uses CBIR (Content-Based Image Retrieval) concepts is explored as a strategy to automate test oracles. In addition to adaptations and extensions of the framework, plug-ins were developed which represent extractors of three-dimensional medical image characteristics of blood vessels. To demonstrate the efficacy of the approach, two experimental studies were conducted to evaluate the efficacy and accuracy of feature-based test oracles in the evaluation of such images. Moreover, an experimental study was conducted to compare feature-based test oracles with human oracles. The results show the efficacy of the approach as a promising strategy to automate testing activities, contributing to the reduction of time and effort generated by manual approaches during the quality assessment of three-dimensional medical imaging systems.

Documento confidencial. Não pode ser disponibilizado para consulta / Tese de Programa Doutoral. Engenharia Biomédica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2012

Apresentamos neste trabalho o desenvolvimento de um método para o reconhecimento do Formato de Objetos Tri-dimensionais. Os sistemas tradicionais de Visão Computacional empregam imagens bi-dimensionais obtidos através de câmeras de TV, ricas em detalhes necessários a visão humana. Estes detalhes em grande parte das aplicações industriais de Robôs são supérfluos. Os algoritmos tradicionais de classificação consomem portanto muito tempo no processamento deste excesso de informação. Para este trabalho, desenvolvemos um sistema dedicado para reconhecimento que utiliza um feixe de Laser defletido sobre um objeto e a digitalização da Luminância em cada ponto de sua superfície. A intensidade luminosa refletida e proporcional a distância do ponto ao observador. É, portanto, possível determinar parâmetros que classifiquem cada objeto. A inclinação de cada face de um poliedro, o comportamento de suas fronteiras e também a existência de arestas internas, são as características adotadas. Estas características são então rotuladas, permitindo que o programa de classificação busque em um \"banco de conhecimento\" previamente estabelecido, a descrição dos objetos. Uma mesa giratória permite a rotação do modele fornecendo novas vistas ao observador, determinando sua classificação. Todo o sistema é controlado por um microcomputador cujo programa reconhece em tempo real o objeto em observação. Para o protótipo construído, utilizamos um Laser de HeNe sendo a recepção do raio refletido realizada por um fototransistor. Os objetos reconhecíveis pelo programa são poliedros regulares simples, compondo o seguinte conjunto: 1 prisma de base triangular, 1 cubo, 1 pirâmide de base triangular, 1 pirâmide de base retangular. O tratamento matemático empregado visa a comprovação da tecnologia proposta, podendo, na continuação de trabalhos futuros, ser efetivamente estendido a diversos outros objetos como, por exemplo, os de superfícies curvas. / We present in this work a new method for three dimensional Shape Recognition. Traditional Computer Vision systems use bi-dimensional TV camera images. In most of the industrial Robotic applications, the excess of detail obtained by the TV camera is needless. Traditional classification algorithms spend a lot of time to process the excess of information. For the present work we developed a dedicated recognition system, which deflects a Laser beam over an object and digitizes the Reflected beam point by point over the surface. The intensity of the reflected beam is proportional to the observer distance. Using this technique it was possible to establish features to classify various objects. These features are the slope of the polyhedral surfaces, the boundary type and the inner edges. For each object the features are labeled and the classification algorithm searches in a \"knowledge data base\" for the object description. The recognition system used a He-Ne Laser and the reflected signal was captured by a photo-transistor. The object to be recognized is placed over a rotating table which can be rotated, supplying a new view for the classification. A microcomputer controls the system operation and the object is recognized in real time. The recognized objects were simple regular polyhedral, just as: 1 triangular base prism, 1 cube, 1 triangular base pyramid, 1 rectangular base pyramid. To check that the proposed technology was correct, we used a dedicated mathematical approach, which can be extended to other surfaces, such as curves, in future works.

O presente trabalho aborda alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais. Inicialmente apresentam-se um breve histórico deste sistema estrutural, algumas informações gerais a respeito das classificações das estruturas espaciais, das \'tipologias\' para alguns dos sistemas mais utilizados, assim como exemplos de aplicação destas estruturas. A seguir discutem-se aspectos relativos à análise estrutural, com a apresentação de um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente apresentam-se alguns resultados teóricos e experimentais relativos a barras comprimidas de inércia variável ao longo do comprimento. / In this work, some structural and constructional aspects of metal space structures are presented. lnitially, a brief review of this structural system is described together with some general informations about classifications, types and applications of usual systems. In addition, some aspects about structural analysis are discussed, presenting a brief guide for a space truss design. Finally, some theoretical and experimental results are illustrated for a case of axial compression members with variable stiffness.

Durante o desenvolvimento da oclusão, a instalação de maloclusões podem resultar em desarmonias dento faciais de natureza e severidade diversas, podendo provocar alterações no desenvolvimento crânio facial, dentre as estruturas envolvidas as Articulações Temporo Mandibulares (ATM), podem sofrer alguma influência, dessa forma a avaliação desta região, no aspecto morfológico e funcional, constituí tema de interesse, sempre que levados em conta os aspectos funcionais da oclusão. A relação entre a forma e a função, tanto das cabeças da mandíbula, bem como o contorno da fossa mandibular com as maloclusões ainda é controversa e não está compreendida por completo, porém a literatura sobre o assunto, demonstra correlação entre a instalação de maloclusões e modificações neste sistema, mesmo que algumas alterações não sejam de ordem estatística e em amostras de indivíduos em tenra idade, as mesmas podem comprometer o desenvolvimento adequado em indivíduos adultos ou mesmo adultos jovens. Tendo como propósito nesse estudo a avaliação das cabeças da mandíbula quanto ao volume e superficíe dos lados direito e esquerdo, cruzado e não cruzado, a amostra selecionada foi de 20 indivíduos com mordida cruzada posterior unilateral, com idades entre 06 e 09 anos de idade, utilizando imagens de tomografia computadorizada por feixe cônico, imagens obtidas por um equipamento modelo i- Cat, sendo utilizado na reformatação e manipulação das imagens o programa computacional - NemoCeph 3D® versão 11.5. Nas medições propostas para esse estudo, utilizou-se o teste t pareado de Student para amostras com distribuição normal. Na observação das tabelas e seus respectivos gráficos, podemos verificar que na comparação entre os lados direito e esquerdo, e cruzado e não cruzado das cabeças da mandíbula, com relação ao volume e superfície, existem diferenças numéricas entre elas, porém não pode ser observado diferenças estatísticas significantes, nessa amostra especifica com a metodologia empregada para esse estudo. Assim foi possível concluir que nas Mordidas Cruzadas Posteriores Unilaterais as cabeças da mandíbula tanto em seu volume como em sua superfície não apresentaram diferenças estatisticamente significantes na amostra estudada. / During the development of occlusion, malocclusions installation may result in disharmony dento facial nature and various severity, can cause changes in craniofacial development, among the structures involved in the temporomandibular joints mandibular (ATM), may suffer some influence, thus the evaluation of this region, the morphological and functional aspect, constitutes topic of interest, when taken into account the functional aspects of occlusion. The relationship between form and function, both the heads of the jaw, as well as the outline of the mandibular fossa with malocclusion remains controversial and is not fully understood, but the literature on the subject shows correlation between the installation of malocclusions and modifications to this system, even if some changes are not of statistical order and samples from individuals at an early age, they can compromise the proper development in adults and even young adults. With the intent of this study was to evaluate the heads of the jaw as the volume and surface of the right and left sides, crossed and uncrossed, the selected sample of 20 subjects with unilateral posterior cross bite, aged from 06 to 09 years old, using computed tomography cone beam, images obtained by a device model i-Cat, being used in reformatting and manipulation of images the computer program - NemoCeph 3D® version 11.5. The proposals measurements for this study, we used the paired t-test of Student for samples with normal distribution. The observation of the tables and their graphs, we can see that the comparison between the right and left sides, and crossed and uncrossed the heads of the mandible in relation to the volume and surface, there are numerical differences between them, but can not be observed differences statistically significant, this sample specifies the methodology used for this study. Thus it was concluded that the Unilateral Posterior Crossbites the heads of the jaw in both its volume and its surface showed no statistically significant differences