Visualização Científica aplicada à Imagiologia Magnética, Matéria Condensada, Oceanografia e Campos Eléctricos, usando a Biblioteca Computacional VTK

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1 Visualização Científica aplicada à Imagiologia Magnética, Matéria Condensada, Oceanografia e Campos Eléctricos, usando a Biblioteca Computacional VTK Sandra Plecha, J.M. Teixeira, A.M. Pereira, Francisco Oliveira, João Manuel R. S. Tavares, Jorge Barbosa 1

2 Índice 1. Introdução; 2. The Visualization Toolkit VTK; 3. Aplicações desenvolvidas: 4. Conclusões. Matéria Condensada; Imagiologia Magnética; Oceanografia; Campos Eléctricos; 2

3 Introdução Em muitas áreas científicas, o manuseamento de grandes volumes de dados é frequente e imprescindível a adequada visualização dos mesmos. Visualização é actualmente uma área da computação de importância e desenvolvimento crescente. A utilização de softwares/bibliotecas capazes de auxiliar o desenvolvimento de aplicações de visualização de forma não complexa é cada vez mais desejável. Serão apresentadas quatro aplicações distintas de visualização desenvolvidas, no âmbito da Disciplina Visualização Científica do Curso de Mestrado em Métodos Computacionais em Ciências e Engenharia (MMCCE) da UP, usando a biblioteca computacional VTK. 3

4 The Visualization Toolkit - VTK VTK consiste numa biblioteca computacional de classes escritas em C ++, com várias interfaces para linguagens interpretadas, sendo o seu desenvolvimento fortemente influenciado pelos princípios da programação orientada para objectos Exemplos de Aplicação: Simulação Modelamento Visualização Tensorial 4

5 The Visualization Toolkit - VTK Filosofia usada: 5

6 Aplicações consideradas: 1. Matéria Condensada Facilitar o estudo da estrutura cristalina; Simular as transições de fase; Verificar a interligação estrutura cristalina / magnética; Facilitar novas informações sobre a estrutura espacial, segundo diferentes perspectivas. 2. Imagiologia Magnética Realizar operações usuais de processamento de imagem, nomeadamente operações algébricas e de filtragem utilizando algumas funcionalidades disponíveis no VTK para imagens. 6

7 3. Oceanografia Possibilitar a observação e a interpretação de diversos fenómenos que ocorrem nos oceanos; tais como, a refracção e difracção das ondas, devido à variação de profundidades ou devido à presença de obras costeiras; Permitir a visualização de dados obtidos em campanhas oceanográficas ou de resultados obtidos através de simulações computacionais. 4. Campos eléctricos Neste domínio, o objectivo principal foi desenvolver material didáctico que facilite aos alunos a compreensão da Lei de Gauss. 7

8 1. Matéria Condensada Exemplos de Visualização: Visualização da Estrutura Cristalográfica. Visualização da Estrutura Magnética. Simulação da Reorientação de Spin. 8

9 2. Imagiologia Magnética Exemplos de utilização: Imagem de domínios magnéticos adquiridos directamente por uma câmara CCD em instantes de tempo distintos e respectiva subtracção. Sequência de imagens obtidas após a aplicação de um filtro gaussiano de raio unitário e desvio padrão (σ) de 1.0, 3.0, 5.0 e Sequência de imagens obtidas após a aplicação de um filtro mediana de dimensão 1x1, 3x3, 5x5 e 10x10. 9

10 3. Oceanografia Exemplos de Visualização: Representação de um instante após a alteração da posição da câmara. Representação dos actores terra e mar (elevação da superfície livre) para a posição da câmara por defeito. Representação da elevação da superfície livre através de escalares. 10

11 4. Campos Eléctricos Caso de cilindro infinito com carga positiva. Exemplos de Visualização: Caso de cilindro infinito com os vectores campo eléctrico. Caso de cilindro infinito com superfícies equipotenciais e respectivos vectores campo eléctrico. Caso de cilindro infinito com superfície gaussiana e respectivos vectores E e da. 11

12 Conclusões Desenvolvimento de quatro aplicações de visualização recorrendo à biblioteca computacional VTK; A diversidade das aplicações consideradas demonstra as potencialidades e versatilidade da biblioteca usada; O trabalho desenvolvido abrangeu muitos dos conceitos leccionados nas aulas de Visualização Científica do Curso MMCCE (UP); Julga-se pertinente a divulgação do VTK junto da comunidade académica e científica dos mais diversos domínios científicos. 12

13 Sandra Plecha CEHRA e Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto splecha@fe.up.pt J.M. Teixeira e A.M. Pereira IFIMUP e Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto jmteixeira@fc.up.pt, ampereira@fc.up.pt Francisco Paulo M. Oliveira Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto franciscopmoliveira@yahoo.com.br João Manuel R. S. Tavares Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto tavares@fe.up.pt, url: Jorge Manuel G. Barbosa Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto jbarbosa@fe.up.pt, url: 13