Mixing Modalities of 3D Sketching and Speech for Interactive Model Retrieval in Virtual Reality

Sketch and speech are intuitive interaction methods that convey complementary information and have been independently used for 3D model retrieval in virtual environments. While sketch has been shown to be an effective retrieval method, not all collections are easily navigable using this modality alone. We design a new challenging database for sketch comprised of 3D chairs where each of the components (arms, legs, seat, back) are independently colored. To overcome this, we implement a multimodal interface for querying 3D model databases within a virtual environment. We base the sketch on the state-of-the-art for 3D Sketch Retrieval, and use a Wizard-of-Oz style experiment to process the voice input. In this way, we avoid the complexities of natural language processing which frequently requires fine-tuning to be robust. We conduct two user studies and show that hybrid search strategies emerge from the combination of interactions, fostering the advantages provided by both modalities

Three Dimensional Soil-Structure-Interaction Analysis of a Flood Wall Under Full-Scale Load Test

The U.S. Army Corps of Engineers (Louisville District) conducted a number of full-scale tests to determine the behavior of continuous steel sheet pile flood walls when subjected to hydrostatic loads simulating actual flood conditions. Among these tests, Test Series III (sheet piling with concrete jacket) was conducted at the Tell City site in Indiana. The results of these full-scale load tests provide valuable data that could help verify geotechnical design procedures. In addition, numerical analyses simulating these tests could be useful in interpreting the foundation and structure behavior and in predicting the performance of similar I-wall-type levee systems subjected to flood loading conditions. The full-scale load test was conducted on a portion (42 feet long) of the completed flood wall. Three-dimensional (3D) numerical finite difference (FLAC 3D) models for an I-wall that simulate full-scale load test conditions were developed to compute wall deflections and compare with the measured deflections from the full-scale test. This approach was used because it was recognized that using 2D analyses for the 3D load test conditions did not accurately simulate actual conditions. The analyses performed in this study provided quantitative estimates of wall displacements that reasonably simulate the 3D effects of the load tests on the levee wall

Natural and Smooth Pen-based Interaction Utilizing Multiple Pen Input Channels

高知工科大学博士(工学) 平成22年3月19日授与 (甲第176号

Artificial tracer examination identifying experimentally relevant properties and potential metrics for the joint application of hydrolysis tracer and heat injection experiments

Für eine effiziente und nachhaltige Nutzung von Georeservoiren sind bestmögliche Reservoirmanagementverfahren erforderlich. Oft setzen diese Verfahren auf Tracer-Tests. Dabei enthalten die aufgezeichneten Tracersignale integrale Informationen der Reservoireigenschaften. Tracer-Tests bieten somit eine leistungsfähige Technik zur Charakterisierung und Überwachung der bewirtschafteten Georeservoire. Im Gegensatz zu Tracer-Tests mit konservativen Tracern, welche bereits etablierte Testroutinen zur Verfügung stellen, ist die Verwendung von reaktiven Tracern ein neuer Ansatz. Aufgrund unpassender physikalisch-chemischer Modelle und/oder falschen Annahmen ist die Analyse und Interpretation von reaktiven Tracersignalen jedoch oft verzerrt, fehlinterpretiert oder sogar unmöglich. Reaktive Tracer sind dennoch unersetzbar, da sie durch die gezielte Ausnutzung selektiver und spezifischer Reaktionen mögliche Metriken von Reservoirtestverfahren auf einzigartige Weise erweitern. So liefern reaktive Tracer für ein integriertes Reservoirmanagement geforderten Aussagen über Reservoirmetriken wie z.B. Wärmeaustauschflächen oder in-situ Temperaturen. Um Unsicherheiten bei der Auswertung von Tracerexperimenten zu reduzieren, werden theoretische und experimentelle Untersuchungen zu hydrolysierenden Tracern vorgestellt. Diese Tracer sind durch ihre Reaktion mit Wasser charakterisiert. Einerseits können sie als thermo-sensitive Tracer Informationen über Temperaturen und abgekühlte Anteile eines beprobten Reservoirs liefern. Für die Interpretation von thermo-sensitiven Tracerexperimenten sind die Kenntnis der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen sowie bekannte Arrhenius-Parameter Voraussetzung, um die verwendete Reaktion pseudo erster Ordnung nutzen zu können. Darüber hinaus ermöglichen die verwendeten Verbindungen durch ihre Fluoreszenzeigenschaften eine Online-Messung. Um die Empfindlichkeit und praktischen Grenzen thermo-sensitiver Tracer zu untersuchen, wurden kontrollierte Laborexperimente in einem eigens dafür entwickelten Versuchsaufbau durchgeführt. Dieser besteht aus zwei seriell geschalteten Säulen, die beide mit Sand gefüllt sind und jeweils auf eine eigene Temperatur eingestellt werden können. Somit ist es möglich, verschiedene thermische Einstellungen zu betrachten. Die untersuchten experimentellen Szenarien imitieren größtenteils Feldanwendungen: Durchflussexperimente sowie auch Experimente mit einer Umkehr der Fließrichtung. Darüber hinaus wurde untersucht, ob thermo-sensitive Tracer auch sensitiv gegenüber der Position der Temperaturfront sind. Dabei wurden die Tracer kontinuierlich oder gepulst injiziert. Die Ergebnisse bestätigen die zugrunde liegende Theorie experimentell. Wenn die pH-Abhängigkeit der Hydrolyse bei der Analyse berücksichtigt wird, kann eine Temperaturschätzung mit einer Genauigkeit und Präzision von bis zu 1 K erreicht werden. Die Schätzungen sind von Verweilzeit und gemessenen Konzentrationen unabhängig. Weiterhin lässt sich eine Schätzung über den ausgekühlten Anteil des Systems erhalten. Durch die steuerbaren und definierten Laborbedingungen ist es erstmals möglich, die geforderte Anwendbarkeit von thermo-sensitiven Tracern belastbar nachzuweisen. Des Weiteren wird eine zweite Anwendung hydrolysierender Tracer vorgeschlagen. Beim Lösen von CO2 für „Carbon Capture and Storage“-Anwendungen hängt die Effizienz maßgeblich von der Grenzfläche zwischen CO2 und der Sole in tiefen Reservoiren ab. Somit ist diese Metrik wichtig, um die Effizienz der CO2 Auflösung in Wasser zu bewerten. Die gezielt entwickelten Kinetic-Interface-Senitive-Tracer (KIS-Tracer) nutzen, zusätzlich zur Hydrolyse an der Grenzfläche, die unterschiedlichen Lösungseigenschaften von Tracer und Reaktionsprodukt im entsprechenden Fluid. Somit lassen sich potentiell Aussagen über die Dynamik der Grenzfläche machen. Neben dem grundlegenden Konzept sowie den theoretischen Tracer-Anforderungen wird eine erste Anwendung im Laborexperiment vorgestellt. Diese zeigt das erfolgreiche, zielorientierte Moleküldesign und bietet eine experimentelle Basis für ein makroskopisches numerisches Modell, mit welchem numerische Simulationen verschiedener Testszenarien durchgeführt werden, um das Zusammenspiel von KIS-Tracer und dynamischer Grenzfläche zu untersuchen. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit hydrolysierender Tracer werden in der Regel auch thermische Signale aufgezeichnet. Der letzte Teil prüft die Möglichkeit, Informationen aus den aufgezeichneten Temperaturen zu extrahieren. Für ein idealisiertes Einzelkluftsystem wird eine Reihe von analytischen Lösungen diskutiert. Aus thermischen Injektion-/Entzugsversuchen können damit räumliche und zeitliche Profile abgeleitet werden. Mit der Verwendung von mathematisch effizienten Inversionsverfahren wie der iterativen Laplace-Transformation lassen sich rechentechnisch effiziente Realraum-Lösungen ableiten. Durch die Einführung von drei dimensionslosen Kennzahlen können die berechneten Temperaturprofile auf Bruchbreite oder Wärmetransportrate, wechselnde Injektions-/ Pumpraten und/oder auf in der Nähe beobachtbare räumliche Informationen analysiert werden. Schließlich werden analytische Lösungen als Kernel-Funktionen für nichtlineare Optimierungsalgorithmen vorgestellt. Zusammenfassend bearbeitet die vorliegende Arbeit den Übergang zwischen Tracerauswahl und Traceranwendung. Die Ergebnisse helfen Planungs- und Analyseunsicherheiten zu reduzieren. Dies wird bezüglich der Empfindlichkeit gegenüber Temperaturen, Kühlungsanteilen, flüssig/flüssig-Grenzfläche, Kluftbreite und Wärmetransportrate gezeigt. Somit bieten die vorgestellten Tracerkonzepte neue Metriken zur Verbesserung von Reservoirmanagementverfahren. Die experimentellen Ergebnisse und die neuen analytischen Modelle ermöglichen einen tiefen Einblick in die kollektive Rolle der Parameter, welche die Hydrolyse und den Wärmetransport in Georeservoiren kontrollieren

Natural and Artificial Unsaturated Soil Slopes

Mechanical and hydraulic soil properties are strongly affected by the degree of saturation, with important consequences for earthen embankments, soil–vegetation–atmosphere interactions, geoenvironmental applications, and risk mitigation. The presence of sloping ground surfaces is common. In slightly inclined natural slopes, susceptible to deep landslides, the unsaturated condition of shallow soil horizons affects deep pore water pressures and, therefore, global stability. The stability of steep mountains covered by shallow deposits is often guaranteed by a shear strength contribution related to the unsaturated condition. In this case, the degree of saturation plays a key role in determining which rainfall events can act as landslide triggers, consequently controlling the post-failure evolution. Partial saturation is the basic characteristic of soils used as construction materials of geo-structures such as levees, dikes, and dams. It governs the structure behavior during construction phases, in serviceability, and in extreme scenarios. Hoping to provide a bridge between theoretical research and practical applications, this Special Issue collects quality contributions related to natural and artificial slopes under unsaturated conditions, focusing on aspects such as: water retention and transport properties, mechanical behavior, advances in experimental methods, laboratory and in situ characterization, field monitoring, geotechnical and geophysical field tests, landslide investigation and prevention, the design and maintenance of engineered slopes, and the constitutive and numerical modeling of hydro-mechanical behavior

CMS The Computing Project : Technical Design Report

Peer reviewe

Reliability Underseepage Assessment of Levees Incorporating Geomorphic Features and Length Effects

It has been estimated that approximately fifty percent of the United States’ population lives behind levees. Because these earth structures are typically long, subjected to seasonal changes and spatial variability, it is logical to analyze them in an uncertainty-based approach. This research is focused on assessing the potential of internal erosion related failure due to underseepage with the general objective of assessing the failure potential of individual geomorphic features while considering length effects. The project team was granted $204,000 from the National Science Foundation and$10,000 from the United States Society on Dams which resulted in research collaboration within graduate students and University of Delaware faculty as well as several presentations in prestigious conferences (in the U.S and Europe) and publication of journal papers. Findings from this research should be easily transferrable to other linear earth structures (such as dams, construction excavations, detention ponds, road embankments, etc.), and should significantly enhance reliability analysis across a wide array of structure types and geologic settings allowing a broad impact on future research, as well as geotechnical engineering practice