65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS NA MODELAGEM DE ELEMENTOS DISCRETOS

Renata Maria Barros Braga - Laboratório de Computação Científica e Visualização, Centro de Tecnologia - UFAL William Wagner Matos Lira - Laboratório de Computação Científica e Visualização, Centro de Tecnologia - UFAL Diogo Henrique Souza Ferraz - Laboratório de Computação Científica e Visualização, Centro de Tecnologia - UFAL Diogo Tenório Cintra - Laboratório de Computação Científica e Visualização, Centro de Tecnologia - UFAL

INTRODUÇÃO:

Na engenharia, é comum a manipulação de problemas complexos que, muitas vezes, só podem ser solucionados com o auxílio de ferramentas computacionais. O surgimento de métodos numéricos vem contribuindo para solucionar vários destes problemas. O Método dos Elementos Discretos (MED), por exemplo, mostra-se bastante eficaz na solução do problema de determinação da dinâmica de meios particulados. Uma das etapas desse método é a definição da geometria dos objetos que compõem o problema, para poder gerar malhas e, posteriormente, partículas. Existem diversos procedimentos para modelagem geométrica, dentre eles, encontram-se aqueles que utilizam as informações do contorno de objetos, tais como sua forma e sua posição. Esse procedimento é chamado de segmentação de imagens e consiste em separar a imagem em regiões com características semelhantes. Sendo assim, este trabalho propõe estudar o modelo B-snake, uma estratégia para determinação da geometria de domínios bidimensionais em imagens, utilizando-se de técnicas de segmentação de imagens e interpolação por spline. A estratégia deve ser incorporada ao PreDEM, um pré-processador de partículas desenvolvido no Laboratório de Computação Científica e Visualização (LCCV).

OBJETIVO DO TRABALHO:

O objetivo deste trabalho é estudar e implementar computacionalmente uma estratégia para determinação da geometria de domínios bidimensionais, baseada em técnicas de processamento de imagens e interpolação por spline. O software utilizado nos desenvolvimentos computacionais é o PreDEM.

MÉTODOS:

A primeira parte deste trabalho é criar uma interface de manipulação de imagens. Para isso, é necessário estudar as seguintes bibliotecas direcionadas a linguagem C/C++: IUP – responsável pela geração da interface; OpenCV – trabalha com processamento de imagens; e OpenGL – possui artifícios para visualização das imagens na interface. Na segunda parte, há a formulação e implementação do modelo B-snake, onde são estudados alguns artigos científicos relacionados. O algoritmo desse modelo é elaborado, inicialmente, em ambiente Matlab, por possuir uma linguagem simples, uma biblioteca de processamento de imagens e várias funções de interpolação, proporcionando facilidade e agilidade na elaboração do código. Porém, o PreDEM trabalha apenas com linguagem C/C++. Dessa forma, aplicando-se os conhecimentos sobre as bibliotecas citadas, o código é transcrito para linguagem de programação C. O modelo é submetido a testes para sua validação, onde são comparados os resultados desse trabalho com os apresentados em artigos anteriores. Por fim, é realizada a incorporação do mesmo ao PreDEM.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Após aplicar o modelo B-snake em imagens, o resultado obtido se trata de uma curva que melhor se aproxima do contorno do objeto contido na imagem. Essa curva se movimenta iterativamente procurando um mínimo de energia, encontrado através de técnicas de otimização. Em alguns testes, percebe-se que ao mudar parâmetros como quantidades de pontos da curva e número de iterações, o resultado se aproxima ainda mais do contorno desejado. A maior dificuldade apresentada na aplicação do modelo é a representação do contorno em imagens cujo conteúdo possui regiões caracterizadas por “entradas”, “pontas” ou quinas. O modelo recebe como parâmetros de entrada: a imagem, a quantidade de pontos, uma curva inicial e a quantidade de iterações; e retorna um arquivo contendo as informações dos pontos da curva final (número de pontos e coordenadas dos mesmos). Após incorporar esse modelo ao PreDEM, as informações dos pontos servem para aplicação de outro trabalho desenvolvido no LCCV, que consiste em gerar malhas triangulares em domínio bidimensional através da contração de um contorno de um objeto. A partir das malhas, são geradas partículas e, assim, são realizadas as etapas seguintes do MED: análise numérica e visualização.

CONCLUSÕES:

Após analisados os resultados do projeto, nota-se que a aplicação do modelo B-snake proporciona bons resultados, pois as curvas se aproximam do contorno desejado. Mas, para isso, é necessário que o usuário do programa modifique os parâmetros (estimativa inicial, iterações e pontos) até que o resultado se adeque ao contorno. A obtenção de uma curva que represente o contorno de um objeto gera várias facilidades, por exemplo, em trabalhos com segmentação de imagem. A curva permite conhecer a posição de cada ponto do contorno e a geometria do objeto. Essas informações aplicadas no PreDEM serve para elaboração de malhas e, consequentemente, para a geração de partículas – uma das etapas do Método dos Elementos Discretos. A contribuição deste trabalho em métodos numéricos destaca sua importância na resolução de problemas de engenharia.

Palavras-chave: Segmentação de imagens, Modelo B-snake, Método dos Elementos Discretos.