Induced pluripotent stem cell (iPSC) technology has revolutionized various fields, including stem cell research, disease modeling, and regenerative medicine. The evolution of iPSC-based models has transitioned from conventional two-dimensional systems to more physiologically relevant three-dimensional (3D) models such as spheroids and organoids. Nonetheless, there still remain challenges including limitations in creating complex 3D tissue geometry and structures, the emergence of necrotic core in existing 3D models, and limited scalability and reproducibility. 3D bioprinting has emerged as a revolutionary technology that can facilitate the development of complex 3D tissues and organs with high scalability and reproducibility. This innovative approach has the potential to effectively bridge the gap between conventional iPSC models and complex 3D tissues in vivo. This review focuses on current trends and advancements in the bioprinting of iPSCs. Specifically, it covers the fundamental concepts and techniques of bioprinting and bioink design, reviews recent progress in iPSC bioprinting research with a specific focus on bioprinting undifferentiated iPSCs, and concludes by discussing existing limitations and future prospects.
Evaluation of shape similarity for 3D models is essential in many areas - medicine, mechanical engineering, molecular biology, etc. Moreover, as 3D models are commonly used on the Web, many researches have been made on the classification and retrieval of 3D models. In this paper, we describe methods for 3D shape representation and major concepts of similarity evaluation, and analyze the key features of recent researches for shape comparison after classifying them into four categories including multi-resolution, topology, 2D image, and statistics based methods. In addition, we evaluated the performance of the reviewed methods by the selected criteria such as uniqueness, robustness, invariance, multi-resolution, efficiency, and comparison scope. Multi-resolution based methods have resulted in decreased computation time for comparison and increased preprocessing time. The methods using geometric and topological information were able to compare more various types of models and were robust to partial shape comparison. 2D image based methods incurred overheads in time and space complexity. Statistics based methods allowed for shape comparison without pose-normalization and showed robustness against affine transformations and noise.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.25
no.4
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pp.295-303
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1999
Presented in this paper are the experimental results that measure rapid prototyping (RP) errors in 3D medical models. We identified various factors that can cause dimensional errors when producing RP models, specifically in maxillofacial areas. For the experiment, we used a human dry skull. A number of linear measurements based on landmarks were first obtained on the skull. This was followed by CT scanning, 3D model reconstruction, and RP model fabrication. The landmarks were measured again on both the reconstructed models and the physical RP models, and these were compared with those on dry skull. We focused on major sources of errors, such as CT scanning, conversion from CT data to STL models, and RP model fabrication. The results show that the overall error from skull to RP is $0.64{\times}0.36mm(0.71{\times}0.66%)$ in absolute value. This indicates that the RP technology can be acceptable in the real clinical applications. A clinical case that has applied RP models successfully for treatment planning and surgical rehearsal is presented. Although the use of RP models is rare in the medical area yet, we believe RP is promising in that it has a great potential in developing new tools which can aid diagnosis, treatment planning, surgical rehearsal, education, and so on.
In this paper, we present a new, easy-to-generate system that is capable of creating virtual 3D tree models and simulating a variety of growth processes of a tree from a single, real tree image. We not only construct various tree models with the same trunk through our proposed digital image matting method and skeleton-based abstraction of branches, but we also animate the visual growth of the constructed 3D tree model through usage of the branch age information combined with a scaling factor. To control the simulation of a tree growth process, we consider tree-growing attributes, such as branching orders, branch width, tree size, and branch self-bending effect, at the same time. Other invisible branches and leaves are automatically attached to the tree by employing parametric branch libraries under the conventional procedural assumption of structure having a local self-similarity. Simulations with a real image confirm that our system makes it possible to achieve realistic tree models and growth processes with ease.
In this paper, the problem of static bending of axially functionally graded (AFG) nanobeam is formulated with the local stress(Lσ)- and strain-driven(εD) two-phase local/nonlocal integral models (TPNIMs). The novelty of the present study aims to compare the size-effects of nonlocal integral models on bending deflections of AFG Euler-Bernoulli nano-beams. The integral relation between strain and nonlocal stress components based on two types nonlocal integral models is transformed unitedly and equivalently into differential form with constitutive boundary conditions. Purely LσD- and εD-NIMs would lead to ill-posed mathematical formulation, and Purely εD- and LσD-nonlocal differential models (NDM) may result in inconsistent size-dependent bending responses. The general differential quadrature method is applied to obtain the numerical results for bending deflection and moment of AFG nanobeam subjected to different boundary and loading conditions. The influence of AFG index, nonlocal models, and nonlocal parameters on the bending deflections of AFG Euler-Bernoulli nanobeams is investigated numerically. A consistent softening effects can be obtained for both LσD- and εD-TPNIMs. The results from current work may provide useful guidelines for designing and optimizing AFG Euler-Bernoulli beam based nano instruments.
The large container ships and fast patrol boats are complex marine structures. Therefore, their global mechanical behaviour has long been modeled mostly by refined beam theories. Important issues of cross section warping and bending-torsion coupling have been addressed by introducing special functions in these theories with inherent assumptions and thus compromising their robustness. The 3D solid Finite Element (FE) models, on the other hand, are accurate enough but pose high computational cost. In this work, different marine vessel structures have been analysed using the well-known Carrera Unified Formulation (CUF). According to CUF, the governing equations (and consequently the finite element arrays) are written in terms of fundamental nuclei that do not depend on the problem characteristics and the approximation order. Thus, refined models can be developed in an automatic manner. In the present work, a particular class of 1D CUF models that was initially devised for the analysis of aircraft structures has been employed for the analysis of marine structures. This class, which was called Component-Wise (CW), allows one to model complex 3D features, such as inclined hull walls, floors and girders in the form of components. Realistic ship geometries were used to demonstrate the efficacy of the CUF approach. With the same level of accuracy achieved, 1D CUF beam elements require far less number of Degrees of Freedom (DoFs) compared to a 3D solid FE solution.
This study investigated the application and the change of various architectural models by analyzing expression viewpoint media, which were applied to the visual information of digitalized 3D contemporary architectural models. The purpose of this study was to specify how modern architects have changed 3D architectural models to conceptual, logical, and formational visual information in the process of design. This study discovered a framework of analyses by theoretically investigating a relationship between expression media and expression change in the process of visualizing architectural models. Using the framework of analyses, this study analyzed how the expression viewpoints of architectural model information have been changed and applied. The transformation media of the visual information of digitalized 3D architectural models can be classified into conceptual, analytical, and formational information: 1) Contemporary architects used author-centered subjective viewpoints to express architectural concepts, which were generated in the process of their design. They selected a perspective viewpoint and a bird's eye view in order to present their architectural concepts and to depict them with one architectural model by expanding the visual scope of conceptual information. 2) Contemporary architects adopted observer-centered objective bird's eye view expression media to effectively present their architectural information to building owners and viewers. They used transformal media, which integrate architectural information into 3D and change it to different scales, in order to express their architecture logically. 3) Contemporary architects delivered model information about the generation and change of forms by expressing the image of a project from an author-centered viewpoint, instead of objectively defining formational information. They explained the generation principle of architectural forms via transformal media which develop and rotate an architectural model.
Kwangsik Jang;Eun Joo Jang;Yo Han Min;Kyung Mi Shim;Chunsik Bae;Seong Soo Kang;Se Eun Kim
Journal of Veterinary Clinics
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v.40
no.4
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pp.268-275
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2023
In this paper, we designed 3D-printed orthopedic splint models for patient-specific external coaptation on fracture healing and analyzed the stability of the models through finite element method (FEM) analysis under compressive load conditions. Polylactic acid (PLA) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) based 3D splint models of the thicknesses 1, 3, 5 and 7 mm were designed, and Peak von Mises stress (PVMS) and maximum displacement (MD) of the models were analyzed by FEM under compressive loads of 50, 100, 150, and 200 N. The FEM results indicated that PVMS and MD values, regardless of material, had a negative correlation with the thickness of the models and a positive correlation with the compressive load. There was a risk of splint deformation under conditions more extreme than 100 N with 5 mm thickness. For successful clinical application of 3D-printed orthopedic splints in veterinary medicine, it is recommended that the splint should be produced not less than 5 mm thickness. Also, it is expected to be stable when the splint is applied to situations with a compressive load of 100 N or less. There is an advantage of overcoming the limitations of the existing bandage method through 3D-printing technology as well as verifying the stability through 3D modeling before application. Such 3D printing technology will be widely used in veterinary medicine and various fields as well as orthopedics.
International conference on construction engineering and project management
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2013.01a
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pp.279-286
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2013
This paper introduces a new method for identification of building energy performance problems. The presented method is based on automated analysis and visualization of deviations between actual and expected energy performance of the building using EPAR (Energy Performance Augmented Reality) models. For generating EPAR models, during building inspections, energy auditors collect a large number of digital and thermal imagery using a consumer-level single thermal camera that has a built-in digital lens. Based on a pipeline of image-based 3D reconstruction algorithms built on GPU and multi-core CPU architecture, 3D geometrical and thermal point cloud models of the building under inspection are automatically generated and integrated. Then, the resulting actual 3D spatio-thermal model and the expected energy performance model simulated using computational fluid dynamics (CFD) analysis are superimposed within an augmented reality environment. Based on the resulting EPAR models which jointly visualize the actual and expected energy performance of the building under inspection, two new algorithms are introduced for quick and reliable identification of potential performance problems: 1) 3D thermal mesh modeling using k-d trees and nearest neighbor searching to automate calculation of temperature deviations; and 2) automated visualization of performance deviations using a metaphor based on traffic light colors. The proposed EPAR v2.0 modeling method is validated on several interior locations of a residential building and an instructional facility. Our empirical observations show that the automated energy performance analysis using EPAR models enables performance deviations to be rapidly and accurately identified. The visualization of performance deviations in 3D enables auditors to easily identify potential building performance problems. Rather than manually analyzing thermal imagery, auditors can focus on other important tasks such as evaluating possible remedial alternatives.
The study was aimed to develop a torso-type dress form representing body features of the female fashion models in Korea. To fulfill this purpose, 5 female fashion models aged between 20 and 26 having the average body measurements of professional fashion models in Korea were selected and their 3-D whole body scanned data were analysed. The 3-D whole body scanning method enabled to generate a virtual female fashion model within the CAD system by measuring the subjects' body shapes and sizes. In addition, the virtual model's body data led the development of a standard female fashion model dress form for the efficient fashion show preparation. In order to manufacture the real dress form for female fashion models, 3-D printing technology was adopted. The consequent results are as follows: (1) the body measurements (unit: cm) of the developed dress form were: biacromion length, 36.0, bust point to bust point, 16.6, front/back interscye lengths, 32.0/33.0, neck point to breast point, 26.0, neck point to breast point to waist line, 41.5, waist front/back lengths, 34.5/38.5, waist to hip length, 24.0, bust circumference, 85.0, underbust circumference, 75.0, waist circumference, 65.0, hip circumference, 92.0. (2) the body measurements differences between the developed and existing dress forms were highlighted with the body measurements of neck point to breast point and waist to hip length. (3) the body shape features of the developed dress form showed that bust, shoulder blade, shoulder slope, abdomen and back waist line to hip line parts were more realistically manufactured.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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