This study presents a mode analysis of 3D turbulent velocity data around a square-section building model to identify the dynamic system for Kármán-type vortex shedding. Proper orthogonal decomposition (POD) was first performed to extract the significant 3D modes. Magnitude-squared coherence was then applied to detect the phase consistency between the modes, which were roughly divided into three groups. Group 1 (modes 1-4) depicted the main vortex shedding on the wake of the building, with mode 2 being controlled by the inflow fluctuation. Group 2 exhibited complex wake vortexes and single-sided vortex phenomena, while Group 3 exhibited more complicated phenomena, including flow separation. Subsequently, a third-order polynomial regression model was used to fit the dynamics system of modes 1, 3, and 4, which revealed average trend of the state trajectory. The two limit cycles of the regression model depicted the two rotation directions of Kármán-type vortex. Furthermore, two characteristic periods were identified from the trajectory generated by the regression model, which indicates fast and slow motions of the wake vortex. This study provides valuable insights into 3D mode morphology and dynamics of Kármán-type vortex shedding that helps to improve design and efficiency of structures in turbulent flow.
This paper describes elemental technologies for the creation of three-dimensional(3-D) sound-field to implement the next-generation Ship Handling Simulator with human -computer interaction, known as Virtual Reality. In the virtual reality system, Head-Related Transfer Functions(HRTF's) are used to generate 3-D sound environmental context. Where, the HRTF's are impulse response characterizing the acoustical transformation in a space. This work is divided into two parts, the part Ⅰis mainly for the model constructions of the HRTF's, the part Ⅱis for the control of 3-D sound-field by using the HRTF's . In this paper, as first part, we search for the theory to formulate models of the HRTF's which reduce the dimensionalityof the formulation without loss of any directional information . Using model HRTF's we report results from psychophysical tests used to asses the validity of the proposed modleing method.
본 논문은 거리 및 밝기 정보의 동시 획득과 처리, 다시점 기하학적 해석(multi-view geometry analysis), 다시점 영상 모델 및 압축과 같은 3차원(three-dimensional; 3D) 이미징 핵심 기술을 기반으로; (i) 3D 영상 콘텐츠(photographic image)를 제작하는데 필요한 3D 카메라 입력장치와 교정(calibration)/합성/렌더링, (ii) 나노스케일 및 고감도 핵영상 분석에 필요한 영상분할, 객체 모델링 및 해석, 그리고 (iii) 3D 시뮬레이션 및 가시화 기술의 전망 및 응용분야를 소개한다.
Kim, Yoon-Hyuk;Phong, Le Dinh;Kim, Kyung-Soo;Kim, Tae-Seong
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.29
no.6
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pp.431-435
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2008
Quantitative information of a three dimensional(3D) kinematics of joint is very useful in knee joint surgery, understanding how knee kinematics related to joint injury, impairment, surgical treatment, and rehabilitation. In this paper, an automated 2D/3D image matching technique was developed to estimate the 3D in vivo knee kinematics using dual X-ray images. First, a 3D geometric model of the knee was reconstructed from CT scan data. The 3D in vivo position and orientation of femoral and tibial components of the knee joint could be estimated by minimizing the pixel by pixel difference between the projection images from the developed 3D model and the given X-ray images. The accuracy of the developed technique was validated by an experiment with a cubic phantom. The present 2D/3D image matching technique for the estimation of in vivo joint kinematics could be useful for pre-operative planning as well as post-operative evaluation of knee surgery.
Min Jae Cha;Don-Gwan An;Minsoo Kang;Hyue Mee Kim;Sang-Wook Kim;Iksung Cho;Joonhwa Hong;Hyewon Choi;Jee-Hyun Cho;Seung Yong Shin;Simon Song
Korean Journal of Radiology
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v.24
no.7
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pp.647-659
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2023
Objective: The study was conducted to investigate the effect of correct occlusion of the left atrial appendage (LAA) on intracardiac blood flow and thrombus formation in patients with atrial fibrillation (AF) using four-dimensional (4D) flow magnetic resonance imaging (MRI) and three-dimensional (3D)-printed phantoms. Materials and Methods: Three life-sized 3D-printed left atrium (LA) phantoms, including a pre-occlusion (i.e., before the occlusion procedure) model and correctly and incorrectly occluded post-procedural models, were constructed based on cardiac computed tomography images from an 86-year-old male with long-standing persistent AF. A custom-made closed-loop flow circuit was set up, and pulsatile simulated pulmonary venous flow was delivered by a pump. 4D flow MRI was performed using a 3T scanner, and the images were analyzed using MATLAB-based software (R2020b; Mathworks). Flow metrics associated with blood stasis and thrombogenicity, such as the volume of stasis defined by the velocity threshold ($\left|\vec{V}\right|$ < 3 cm/s), surface-and-time-averaged wall shear stress (WSS), and endothelial cell activation potential (ECAP), were analyzed and compared among the three LA phantom models. Results: Different spatial distributions, orientations, and magnitudes of LA flow were directly visualized within the three LA phantoms using 4D flow MRI. The time-averaged volume and its ratio to the corresponding entire volume of LA flow stasis were consistently reduced in the correctly occluded model (70.82 mL and 39.0%, respectively), followed by the incorrectly occluded (73.17 mL and 39.0%, respectively) and pre-occlusion (79.11 mL and 39.7%, respectively) models. The surfaceand-time-averaged WSS and ECAP were also lowest in the correctly occluded model (0.048 Pa and 4.004 Pa-1, respectively), followed by the incorrectly occluded (0.059 Pa and 4.792 Pa-1, respectively) and pre-occlusion (0.072 Pa and 5.861 Pa-1, respectively) models. Conclusion: These findings suggest that a correctly occluded LAA leads to the greatest reduction in LA flow stasis and thrombogenicity, presenting a tentative procedural goal to maximize clinical benefits in patients with AF.
Purpose: To compare the dose distributions between three-dimensional (3D) and four-dimensional (4D) radiation treatment plans calculated by Ray-tracing or the Monte Carlo algorithm, and to highlight the difference of dose calculation between two algorithms for lung heterogeneity correction in lung cancers. Materials and Methods: Prospectively gated 4D CTs in seven patients were obtained with a Brilliance CT64-Channel scanner along with a respiratory bellows gating device. After 4D treatment planning with the Ray Tracing algorithm in Multiplan 3.5.1, a CyberKnife stereotactic radiotherapy planning system, 3D Ray Tracing, 3D and 4D Monte Carlo dose calculations were performed under the same beam conditions (same number, directions, monitor units of beams). The 3D plan was performed in a primary CT image setting corresponding to middle phase expiration (50%). Relative dose coverage, D95 of gross tumor volume and planning target volume, maximum doses of tumor, and the spinal cord were compared for each plan, taking into consideration the tumor location. Results: According to the Monte Carlo calculations, mean tumor volume coverage of the 4D plans was 4.4% higher than the 3D plans when tumors were located in the lower lobes of the lung, but were 4.6% lower when tumors were located in the upper lobes of the lung. Similarly, the D95 of 4D plans was 4.8% higher than 3D plans when tumors were located in the lower lobes of lung, but was 1.7% lower when tumors were located in the upper lobes of lung. This tendency was also observed at the maximum dose of the spinal cord. Lastly, a 30% reduction in the PTV volume coverage was observed for the Monte Carlo calculation compared with the Ray-tracing calculation. Conclusion: 3D and 4D robotic radiotherapy treatment plans for lung cancers were compared according to a dosimetric viewpoint for a tumor and the spinal cord. The difference of tumor dose distributions between 3D and 4D treatment plans was only significant when large tumor movement and deformation was suspected. Therefore, 4D treatment planning is only necessary for large tumor motion and deformation. However, a Monte Carlo calculation is always necessary, independent of tumor motion in the lung.
The distortion effect of electrical response for two-dimensional (2-D) DC resistivity method was verified in terms of 2-D inversion result of synthetic data obtained by three-dimensional (3-D) modeling, which is frequently applied to assess the safety of center core-type fill dam structure. The distortion effect is due to 2-D interpretation for 3-D structure. By the modeling analysis, we found that the water level is correctly described in the resistivity section around the middle part rather than each end side of the embankment due to the 3-D terrain effect, when the material of the embankment is assumed as horizontally uniform. And when we set the slope of outer rock fill part as uniform. the sharper the slope of the center core is, the more similar the resistivity section reflects. On the other hand, when the slope of the rock fill is steep, the resistivity section shows the water level at lower position than the real one, and the 3-D distortion effect at the end side of the embankment was enhanced.
This thesis explores the problem of reconstructing a three-dimensional(3D) scene given a set of images or image sequences of the scene. It describes efficient methods for the 3D reconstruction of static and dynamic scenes from stereo images, stereo image sequences, and images captured from multiple viewpoints. Novel methods for image-based and volumetric modelling approaches to 3D reconstruction are presented, with an emphasis on the development of efficient algorithm which produce high quality and accurate reconstructions. For image-based 3D reconstruction a novel energy minimisation scheme, Iterated Dynamic Programming, is presented for the efficient computation of strong local minima of discontinuity preserving energyy functions. Coupled with a novel morphological decomposition method and subregioning schemes for the efficient computation of a narrowband matching cost volume. the minimisation framework is applied to solve problems in stereo matching, stereo-temporal reconstruction, motion estimation, 2D image registration and 3D image registration. This thesis establishes Iterated Dynamic Programming as an efficient and effective energy minimisation scheme suitable for computer vision problems which involve finding correspondences across images. For 3D reconstruction from multiple view images with arbitrary camera placement, a novel volumetric modelling technique, Embedded Voxel Colouring, is presented that efficiently embeds all reconstructions of a 3D scene into a single output in a single scan of the volumetric space under exact visibility. An adaptive thresholding framework is also introduced for the computation of the optimal set of thresholds to obtain high quality 3D reconstructions. This thesis establishes the Embedded Voxel Colouring framework as a fast, efficient and effective method for 3D reconstruction from multiple view images.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.2
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pp.486-492
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2015
Radiation source imaging system is essential for protecting of radiation leakage accidents and minimizing damages from the radioactive materials, and is expected to play an important role in the nuclear plant decommissioning area. In this study, the stereoscopic camera principle was applied to develop a new radiation imaging device technology that can extract the radiation three-dimensional position information. This radiation three-dimensional imaging device (K3-RIS) was designed as a compact structure consisting of a radiation sensor, a CCD camera, and a pan-tilt only. It features the acquisition of stereoscopic radiation images by position change control, high-resolution detection by continuous scan mode control, and stereoscopic image signal processing. The performance analysis test of K3-RIS was conducted for a gamma-ray source(Cs-137) in radiation calibration facility. The test result showed that a performance error with less than 3% regardless of distances of the objects.
The methods developed to measure visual fatigue so far are quite few and lack of validity, and more importantly, they do not figure out the complex properties of the visual fatigue. The purpose of the research was to analyze the factors comprising the visual fatigue and to develop the method to measure it validly. The results are summarized as follows. First, we found that the 3D visual fatigue was comprised of four independent factors (visual stress, eye pain, body pain and image blurring factors). Second, we developed 29 items that measure four factors of 3D visual fatigue. Finally, the watching duration and binocular disparities affected the visual fatigue as had been expected. These results imply that the developed method does measure the three dimensional fatigue validly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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