Propuesta para Trabajo de Grado

INTRODUCCIÓN

Este proyecto se desarrolla en el contexto de la visualización científica. En la universidad varios estudiantes han realizado proyectos que se enmarcan en este contexto buscando apoyar la solución de diversas problemáticas médicas. A diferencia de la mayoría de proyectos ya presentados, este proyecto no ataca de manera directa una enfermedad o condición médica, sino que busca nuevas herramientas que permitan mejorar el proceso de visualización de imágenes médicas. Además de esto, apoya la investigación en la universidad.

A continuación serán presentados tanto la formulación del proyecto como el desarrollo y las conclusiones del mismo. La estructura básica del documento es la siguiente:

• 
  Marco teórico: Explica de manera breve todos los aspectos teóricos que fueron tenidos en cuenta para el desarrollo del trabajo de grado. Contiene entregables generados en el proyecto como son la descripción de la arquitectura de OGRE 3D, VTK e ITK.
  
• 
  Desarrollo del proyecto: Indica de qué manera se llevó a cabo el proceso desde la investigación hasta la conclusión del proyecto. Muestra paso a paso de qué manera se fue desarrollando la versión definitiva del modelo de integración que se pretendía generar y muestra de qué manera fue validado dicho modelo a través de prototipos funcionales.
  
• 
  Pruebas y conclusiones: Muestra qué aspectos fueron tenidos en cuenta para determinar los beneficios y pérdidas que trae el uso del modelo de integración planteado en el proyecto. Además indica qué objetivos fueron alcanzados y qué conclusiones pudieron obtenerse del desarrollo del proyecto.
  

Trabajos futuros y recomendaciones: Indica de qué manera sería útil continuar con el trabajo realizado para alcanzar mayores logros y mejorar el trabajo ya hecho. Además resalta la importancia de realizar este tipo de proyectos en la universidad y los beneficios que trae a nivel social.

I - DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TRABAJO DE GRADO

1. Oportunidad, Problemática, Antecedentes

   1. Descripción del contexto

La visualización científica brinda herramientas de apoyo para interpretar fenómenos en diversas formas de representaciones gráficas. Estas representaciones facilitan el proceso de análisis por parte del usuario y además apoyan la generación de conocimiento.

En el contexto en que se desarrolló este trabajo de grado existen diversas aplicaciones que permiten realizar la visualización de imágenes médicas. Dichas herramientas ofrecen opciones de visualización variadas para brindar apoyo a la comunidad médica en el desarrollo de su labor.

2. Pregunta de investigación

Con el desarrollo de este trabajo de grado se pretendía determinar si al desarrollar la visualización de imágenes médicas en un motor de juegos era posible obtener ventajas para este proceso de visualización.

La pregunta que dio lugar a éste trabajo de grado se encuentra a continuación:

¿Cómo se pueden aprovechar las ventajas de los motores de juegos para apoyar el desarrollo de aplicaciones que requieran visualización pesada de imágenes médicas?

3. Justificación

La arquitectura típica de visualización científica no siempre presenta un buen desempeño en la visualización compleja de imágenes ya que brinda mucho nivel de detalle. Los motores de juego tienen características de velocidad en carga de imágenes que podrían ser aprovechadas para mejorar el desempeño cuando se requiera velocidad y no demasiado detalle.

Este proyecto buscaba hacer un aporte a la investigación en cuanto al uso de tecnologías distintas a las usadas comunmente en la visualización compleja de imágenes médicas y a la medicina ya que la idea es que el uso de estas mejore el desempeño de las herramientas que se usan para las intervenciones médicas.

El aporte del proyecto a las problemáticas que pretende atacar la Universidad Javeriana está descrito en la sección Marco Institucional.

4. Impacto Esperado [6]

El impacto esperado era abrir un camino hacia la utilización de herramientas no convencionales en la visualización pesada o compleja de imágenes médicas para encontrar métodos que traigan beneficios a la visualización mencionada. También era usar estas herramientas para brindar a la visualización una mejora en varios aspectos de calidad.

2. Descripción del Proyecto

   1. Visión global

En este proyecto se desarrolló un modelo que permite realizar la visualización de imágenes médicas en un motor de juegos llamado OGRE 3D. Haciendo uso de herramientas de desarrollo que ofrece OGRE 3D se visualizan imágenes médicas y mallas que se obtienen y analizan con ITK y VTK. Esto con el fin de determinar los beneficios que se pueden obtener de realizar este proceso de visualización con una herramienta orientada a la interacción.

2. Objetivo general [6]

“Implementar una capa de comunicación entre la arquitectura usada para la visualización de imágenes médicas y la de un motor interactivo 3D (motor de juegos) con el fin de aprovechar las ventajas que brindan ambas a la visualización e interacción con datos clínicos.” [6]

La arquitectura de visualización científica escogida es la que se utiliza típicamente para dicho proceso y se puede ver en la sección Descripción general de la arquitectura de VTK [3].

La arquitectura del motor de juegos elegido se puede ver en la sección Descripción general de la arquitectura de OGRE.

3. Fases Metodológicas o conjunto de objetivos específicos [6]

Las fases metodológicas que se encuentran a continuación muestran los objetivos específicos que abarcan y el número correspondiente a cada uno.

Fases metodológicas

1. 
   Investigación teórica y de herramientas
   
   1. 
      Caracterizar una arquitectura típica de un motor de juegos
      
   2. 
      Describir la arquitectura de visualización médica
      

2. 
   Diseño del modelo de integración
   
   1. 
      Diseñar un modelo de integración entre la arquitectura de juegos y la de visualización científica
      

3. 
   Implementación del prototipo
   
   1. 
      Implementar un prototipo que integre la arquitectura de juegos con la de visualización científica usando éste modelo
      

4. 
   Revisiones y correcciones
   
   1. 
      Validar el modelo de integración propuesto con el prototipo implementado
      

5. 
   Análisis de resultados
   
   1. 
      Diseñar un caso de prueba de visualización de imágenes médicas complejas (grandes y 3D o 4D).
      

4. Método que se propuso para satisfacer cada fase metodológica [6]

Fase Metodológica 1: Investigación teórica y de herramientas

En esta fase se hizo una investigación en la bibliografía propuesta en el proyecto para reconocer el contexto en el que se enmarca el trabajo de grado. Luego la investigación fue más a fondo en cuanto a la arquitectura típica de los motores de juegos y se seleccionó uno de estos para trabajar. Después se hizo el mismo tipo de investigación para la arquitectura típica de visualización científica con el fin de identificarla y describirla como se puede ver en la sección Descripción general de la arquitectura de VTK [3].

Metodología

Metodología inductiva

Actividades

1.Investigación inicial

Revisión de la bibliografía propuesta en el proyecto para obtener un conocimiento amplio sobre el contexto del proyecto.

Entregables

Documento que describe el contexto (uso de resúmenes, análisis o mapas mentales)

2.Investigación avanzada I

Búsqueda y revisión de bibliografía más específica referente a la arquitectura típica de los motores de juegos con el fin de caracterizar la misma.

3.Descripción de la arquitectura típica de motores de juegos

Entregables

Documento de caracterización de la arquitectura típica de un motor de juegos.

4.Selección de un motor de juegos

5.Investigación avanzada II

Búsqueda y revisión de bibliografía más específica referente a la arquitectura de visualización científica con el fin de describir la misma.

6.Descripción de la arquitectura típica de visualización científica

Entregables

Documento de descripción de la arquitectura típica de visualización científica.

Fase Metodológica 2: Diseño del modelo de integración

En esta fase se buscó realizar las actividades correspondientes al diseño del modelo de integración, tales como la recolección y especificación de requerimientos, el diseño y la documentación del mismo.

Metodología

Metodología deductiva

Actividades

1. 
   Recolección de requerimientos I
   

Del modelo de integración a partir de la investigación realizada en la fase anterior.

Entregables

Documento de recolección de requerimientos

7.Recolección de requerimientos ll

Del modelo de integración a partir reuniones con quien actúa como cliente (o persona que sabe sobre las necesidades del modelo y prototipo), en este caso el director de trabajo de grado.

Entregables

Documento de recolección de requerimientos actualizado

8.Especificación de requerimientos

Requerimientos organizados y descritos.

Entregables

Documento de especificación de requerimientos

9.Diseño del modelo de integración

Utilizar los entregables generados anteriormente como referencia para diseñar el modelo de integración en el lenguaje UML.

Entregables

Modelo de integración

10.Documentación del modelo de integración

Describir el modelo y todos sus componentes, su función y características importantes.

Entregables

Documentación del modelo de integración

Fase Metodológica 3: Implementación del prototipo

En esta fase se pretendía implementar un prototipo que ofreciera uno o varios modos de visualización de imágenes médicas y que utilice el modelo de integración resultante de la fase 2.

Metodología

Investigativa (uso de una metodología ágil)

Actividades

Implementación de un prototipo que utilice el modelo propuesto y presente los 5 tipos básicos de visualización científica.

1. 
   Integración de las arquitecturas
   

Utilizar el entregable generado en la fase anterior como referencia para desarrollar una aplicación que integre la arquitectura del motor de juegos y de la de visualización científica.

Entregables

Aplicación que integre las arquitecturas (no funcional)

11.Implementación de visualización

Utilizar la bibliografía obtenida al principio como referencia para implementar uno o varios modos de visualización científica sobre la aplicación entregada en la actividad anterior.

Entregables

Prototipo funcional

Fase Metodológica 4: Revisiones y correcciones

En esta fase se generó un caso de prueba (o se obtienen datos de entrada) para el prototipo funcional utilizado en la fase anterior. Se usa ese caso de prueba para probar el funcionamiento del prototipo y se indica qué correcciones debe hacerse del mismo y posteriormente se realizan para hacer una nueva validación del prototipo corregido.

Metodología

Investigativa (uso de una metodología ágil)

Actividades

Se usa un caso de prueba para determinar si es necesario corregir el prototipo y si es el caso se realizan las correcciones correspondientes.

1. 
   Caso de prueba
   

Se crea un caso de prueba para el prototipo obtenido en la fase 3.

Entregables

Caso de prueba

12.Validación del prototipo

Se utiliza el caso de prueba para probar el prototipo y validar el modelo de integración

Entregables

Documento de resultados del uso del caso de prueba

13.Corrección del prototipo

Se utiliza el documento de resultados del caso de prueba para corregir el prototipo si es necesario. Si es así es necesario volver a realizar la actividad dos.

Entregables

Prototipo corregido

Fase Metodológica 5: Análisis de resultados

En esta fase se pretendía comparar el desempeño de una aplicación de visualización científica contra el del prototipo final de la fase anterior.

Metodología

Inductiva

Actividades

Dar respuesta a la pregunta generadora a partir del análisis del último entregable de la fase 4.

1. 
   Selección de la herramienta de visualización científica
   

Usada para analizar el desempeño del prototipo.

14.Selección de las variables de desempeño y modo de visualización

Variables que se van a medir y en qué modo de visualización se van a medir (el mismo modo en ambas aplicaciones)

15.Uso de herramientas

Uso de los mismos datos de entrada en ambas aplicaciones y medición de desempeño con respecto a las variables seleccionadas.

Entregables

Mediciones realizadas para cada aplicación

16.Análisis de resultados

Revisión del último entregable de la fase 4 para determinar qué ventajas y desventajas trae la integración de la arquitectura de un motor de juegos con la de visualización científica a la visualización compleja de imágenes.

Entregables

Documento de análisis de las mediciones realizadas

17.Construcción de la memoria

Generación de un reporte final de actividades que incluye los entregables más importantes del proyecto y las conclusiones de su realización.

Entregables

Memoria