Исследование и программная реализация методов визуализации мультимодальных научных данных

Лебедев, Владислав Анатольевич Отделение информационных технологий (ОИТ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Исследование методов композиции нескольких трехмерных изображений, позволяющих сформировать мультимодальное изображение, обеспечиавающее наиболее информативное отображение объекта. Предлагается программная реализация данных методов и производится анализ применимости полученных результатов.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 14
1 Методы формирования мультимодальных изображений …………………………. 16
1.1 Анализ объемного изображения, основанный на сходстве
мультимодальных поверхностей ……………………………………………………………….. 16
1.2 Мультимодальная визуализация, основанная на взаимной информации
1.2.1 Описание метода ………………………………………………………………………… 18
1.2.2 Реализация метода………………………………………………………………………. 19
1.2.3 Канал связи ………………………………………………………………………………… 20
1.2.4 Преобразования канала связи ……………………………………………………… 21
1.2.5 Критерии объединения ……………………………………………………………….. 22
1.2.5.1 Симметричный критерий …………………………………………………………. 22
1.2.5.2 Ассиметричный критерий ………………………………………………………… 23
1.3 Результат ………………………………………………………………………………………….. 24
1.3.1 Набор исходных данных……………………………………………………………… 24
1.3.2 Результат объединения ……………………………………………………………….. 26
2 Мультимодальная визуализация, основанная на смешивании цветовых
каналов ……………………………………………………………………………………………………….. 28
2.1 Описание метода………………………………………………………………………………. 28
2.1.1 WAVE Framework ………………………………………………………………………. 28
2.1.1.1 Описание работы WAVE Framework ………………………………………… 30
2.1.1.2 Архитектура сервера ………………………………………………………………… 33
2.1.1.3 Архитектура клиента ……………………………………………………………….. 34
2.2 Набор исходных данных …………………………………………………………………… 36
2.3 Диагностика раковой опухоли молочной железы ………………………………. 39
2.4 Реализация метода ……………………………………………………………………………. 40
2.5 Результат объединения: объемный рендеринг …………………………………… 43
2.6 Результат объединения: поверхностный рендеринг …………………………… 44
2.7 Объединение объемного и поверхностного рендеринга …………………….. 45
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 47
3.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 47
3.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 47
3.1.2 Анализ конкурентных решений …………………………………………………… 48
3.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………… 49
3.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………… 52
3.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования …………………………………………………………………………………………. 53
3.2 Инициация проекта ………………………………………………………………………….. 54
3.2.1 Цели и результаты проекта …………………………………………………………. 54
3.2.2 Ограничения и допущения проекта……………………………………………… 55
3.3 Планирование управления научно-техническим проектом ………………… 56
3.3.1 План проекта ………………………………………………………………………………. 56
3.3.2 Бюджет научного исследования ………………………………………………….. 57
3.3.3 Организационная структура проекта …………………………………………… 62
3.4 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ……………………………………………. 63
3.4.1 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………. 63
3.4.1.1 Чистая текущая стоимость (NPV) …………………………………………….. 64
3.5 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………….. 68
4 Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 73
Введение…………………………………………………………………………………………………… 73
4.1 Производственная безопасность ……………………………………………………….. 73
4.2 Микроклимат рабочего помещения…………………………………………………… 74
4.3 Производственное освещение …………………………………………………………… 75
4.4 Производственные шумы …………………………………………………………………. 78
4.5 Монотонность труда…………………………………………………………………………. 79
4.6 Степень нервно-эмоционального напряжения …………………………………… 80
4.7 Электробезопасность………………………………………………………………………… 81
4.8 Экологическая безопасность …………………………………………………………….. 82
4.9 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………….. 83
4.10 Пожарная безопасность ……………………………………………………………………. 85
4.11 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 86
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 89
Список публикаций ……………………………………………………………………………………… 90
Список литературы ……………………………………………………………………………………… 91
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 94

Актуальность темы исследования. В настоящее время увеличивается
тенденция к сбору и анализу информации с использованием наборов данных
одновременно из нескольких источников, так как это позволяет наиболее
эффективно проводить комплексное исследование различных объектов.
Несмотря на то, что данные, полученные из различных источников или при
помощи различных методов, могут быть визуализированы отдельно,
специалисту бывает трудно мысленно сопоставить несколько трехмерных
изображений, особенно если пространственные отношения играют важную
роль.
Актуальность работы обусловлена тем, что на сегодняшний день анализ
трехмерных изображений все чаще применяется в различных областях,
например, в машиностроении, медицине и неразрушающем контроле,
значительно повышая эффективность, а во многих случаях являясь
единственным возможным методом решения поставленной задачи.
Цели и задачи исследования. В данном исследовании основной целью
является анализ и программная реализация методов, позволяющих
сформировать мультимодальное изображение, и анализ применимости
полученных результатов. Для достижения поставленной цели были
сформулированы следующие задачи:
 анализ существующих методов композиции нескольких
трехмерных моделей;
 исследование и программная реализация метода композиции двух
трехмерных моделей, основанного на теории информации, описанного в статье
Роджера Брамона [1];
 разработка и анализ метода композиции нескольких трехмерных
изображений, основанного на смешивании цветовых каналов.
Объект и предмет исследования. Объектами исследования являлись
методы композиции нескольких трехмерных изображений, позволяющие
сформировать мультимодальное изображение, а также способы их
визуализации.
Новизна. Существующие решения в области визуализации
мультимодальных данных являются узкоспециализированными, что делает их
неэффективными в большинстве областей исследований. Разработанные в
рамках данной работы решения являются универсальными для различных
направлений исследования, обеспечивая визуализацию мультимодальных
данных из различных предметных областей.
Практическая значимость результатов ВКР. Разработанные решения
могут упростить исследования, обеспечивая объединение преимуществ
различных методов сканирования, предоставляя наиболее информативную
визуализацию объекта.
Апробация результатов диссертации. В процессе работы над
диссертацией результаты были направлены на XXIII Международную научно-
практическую конференцию «Вопросы современных научных исследований»
[2].
Также, в процессе работы был подготовлен доклад «Visualisation of
Ultrasound Computer Tomography Breast Dataset», опубликованный в сборнике
«International workshop on medical ultrasound tomography. Book of abstracts» [3].

Данная магистерская диссертационная работа направлена на
исследование методов, позволяющих сформировать мультимодальное
изображение, а также на программную реализацию данных методов.
В результате выполнения работы были исследованы и программно
реализованы 2 метода, позволяющие объединить несколько наборов данных в
одном изображении.
Метод мультимодальной визуализации, основанный на взаимной
информации, позволяет объединить две модальности в полностью
автоматическом режиме, предоставляя мультимодальное изображение,
содержащее наиболее важные фрагменты каждого из изображений, выбранные
в соответствии с критериями, основанными на теории информации.
Метод, основанный на смешивании цветовых каналов позволяет
объединить 3 модальности, при этом требуя от пользователя задания пороговых
значений и непрозрачности каждой модальности для максимально
эффективного анализа полученного изображения. В ходе работы над
реализацией данного метода было изучено общее функционирование системы и
работа модуля объемной визуализации объемов – WAVE.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Jerome, N. T., Ateyev, Z., Lebedev, V., Hopp, T., Zapf, M.,
Chilingaryan, S., & Kopmann, A. “Visualisation of Ultrasound Computer
Tomography Breast Dataset.” Proceedings of the International Workshop on Medical
Ultrasound Tomography: 1.-3. Nov. 2017, Speyer, Germany. KIT Scientific
Publishing, 2018.
2. Лебедев В. А. Разработка и анализ метода композиции нескольких
трехмерных изображений, основанного на смешивании цветовых каналов и
поверхностном рендеринге // «Вестник современных исследований», 2018. –
№5-1 – С. 466-468.

1.Bramon R. et al. Multimodal data fusion based on mutual information
//IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. – 2012. – Т. 18. – №.
9. – С. 1574-1587.
2.Лебедев В. А. Разработка и анализ метода композиции нескольких
трехмерных изображений, основанного на смешивании цветовых каналов и
поверхностном рендеринге // «Вестник современных исследований», 2018. –
№5-1 – С. 466-468.
3.Jerome N. T. et al. Visualisation of Ultrasound Computer Tomography
Breast Dataset //Proceedings of the International Workshop on Medical Ultrasound
Tomography: 1.-3. Nov. 2017, Speyer, Germany. – KIT Scientific Publishing, 2018.
– С. 349.
4.Haidacher M., Bruckner S., Groller E. Volume analysis using
multimodal surface similarity //IEEE Transactions on Visualization and Computer
Graphics. – 2011. – Т. 17. – №. 12. – С. 1969-1978.
5.Haidacher M. et al. Information-based transfer functions for multimodal
visualization //VCBM. – 2008. – С. 101-108.
6.DeWeese M. R., Meister M. How to measure the information gained
from one symbol //Network: Computation in Neural Systems. – 1999. – Т. 10. – №.
4. – С. 325-340.
7.Cai W., Sakas G. Data Intermixing and Multi‐volume Rendering
//Computer Graphics Forum. – Blackwell Publishers Ltd, 1999. – Т. 18. – №. 3. – С.
359-368.
8.Ressmann D. et al. Data management at the synchrotron radiation
facility ANKA //Proceedings of the PCaPAC. – 2014. – Т. 14. – С. 13-15.
9.Jerome N. T. et al. WAVE: A 3D Online Previewing Framework for Big
Data Archives //VISIGRAPP (3: IVAPP). – 2017. – С. 152-163.
10. Ranger B. et al. Breast ultrasound tomography versus MRI for clinical
display of anatomy and tumor rendering: preliminary results //American Journal of
Roentgenology. – 2012. – Т. 198. – №. 1. – С. 233-239.
11. Kruger J., Westermann R. Acceleration techniques for GPU-based
volume rendering //Proceedings of the 14th IEEE Visualization 2003 (VIS’03). –
IEEE Computer Society, 2003. – С. 38.
12. Congote J. et al. Interactive visualization of volumetric data with webgl
in real-time //Proceedings of the 16th International Conference on 3D Web
Technology. – ACM, 2011. – С. 137-146.
13. Levoy M. Display of surfaces from volume data //IEEE Computer
graphics and Applications. – 1988. – Т. 8. – №. 3. – С. 29-37.
14. Max N. Optical models for direct volume rendering //IEEE Transactions
on Visualization and Computer Graphics. – 1995. – Т. 1. – №. 2. – С. 99-108.
15. PhongB.T.Illuminationforcomputergeneratedpictures
//Communications of the ACM. – 1975. – Т. 18. – №. 6. – С. 311-317.
16. Международныйстандарт«Социальнаяответственность
организации.Требования».2011.URL:
www.ksovok.com/doc/ic_csr_08260008000_ru.doc (дата обращения 01.05.2018)
17. СанПиН 2.2.4.548-96. «Гигиенические требования к персональным
электронно-вычислительным машинам и организации работы».
18. СНиП 23-05-95. «Естественное и искусственное освещение».
19. Назаренко, Ольга Брониславовна. Безопасность жизнедеятельности
: учебное пособие / О. Б. Назаренко, Ю. А. Амелькович; Национальный
исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — 3-е изд.,
перераб. и доп. — Томск: Изд-во ТПУ, 2013. — 177 с.
20. ГОСТ 12.1.003-83. «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».
21. ГОСТ 12.1.009-76. «Электробезопасность. Термины и определения»
22. ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ «Электробезопасность. Общие требования
и номенклатура видов защиты».
23. СНиП 21-01-97. «Пожарная безопасность зданий и сооружений».
24. НПБ 105-2003. «Определение категорий помещений, зданий и
наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».
25. ГОСТ 17.4.3.04-85. «Охрана природы. Почвы. Общие требования к
контролю и охране от загрязнения».
26. СанПиН 2.1.7.2790-10 «Санитарно-эпидемиологические требования
к обращению с медицинскими отходами».
27. ГОСТ 12.2.032-78. «ССБТ. Рабочее место при выполнении работ
сидя. Общие эргономические требования».
28. ГОСТ 12.2.061-81. «ССБТ. Оборудование производственное. Общие
требования безопасности к рабочим местам».

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету