Un viejo profesor de matemáticas siempre nos decía: “recordar… es vivir”.
Hace poco revisando mis viejos archivos y proyectos de la universidad me di cuenta de que aquel viejo dicho era cierto. Nada más bonito que “vivir” al recordar: las noches sin dormir terminando un proyecto, las horas de depuración perdidas al enterarte de que sólo te faltaba una coma, el nombre tesis-final-ahorasi.docx”, o aquellos cubos que por alguna razón dejaban de tener 6 caras o simplemente desaparecían del todo.
La computación gráfica es increíble y disfruté mucho esa etapa de mi carrera, tanto que decidí compartir algunos de los mejores proyectos de mi etapa universitaria.
Trabajo Especial de Grado
Colocación Virtual del Marco Estereotáctico en la Radiocirugía Estereotáctica
En el trabajo se desarrolla un sistema que provee al neurocirujano de una guía virtual y cuantitativa para la colocación óptima del Marco Estereotáctico en el cráneo, haciendo uso de las imágenes diagnósticas del paciente obtenidas antes del tratamiento. El sistema desarrollado genera una serie de marcas fiduciales y estereotácticas en los estudios imageneológicos según el posicionamiento virtual del marco, que servirán de entrada para el sistema de planificación.
Suena un poco confuso de entrada, pero acá les muestro algunos aspectos interesantes del sistema:
El marco
Todas las piezas que por defecto manejaba la aplicación fueron diseñadas con Google Sketchup 8©1 haciendo uso de aproximaciones a las escalas reales de cada componente y fueron exportadas en formato OBJ por la misma aplicación.
La razón principal por la cual los modelos fueron exportados en formato OBJ es porque éste es aceptado universalmente por un gran número de visualizadores de modelos 3D y aplicaciones tipo CAD lo cual permite la edición de las piezas usadas en cualquier momento.
La interfaz
La interfaz gráfica de la aplicación estaba dividida en cinco grandes secciones. Cada una de estas secciones estba agrupada en sub-elementos según sus características, funcionalidades y similitudes.
Los viewports
Los cuatro viewports conformaban la sección más grande de toda la aplicación y proveían diferentes maneras de visualizar todos los elementos de la escena. Cada uno de los viewports era perfectamente configurable por el usuario y eran independientes entre ellos (en términos de configuración). Esta sección de la aplicación era la más importante de todas.
Un viewport puede definirse como una ventana pequeña en donde se despliega la escena vista desde cierta perspectiva. Los cuatro viewports poseían numerosas opciones que proveían a la aplicación de diferentes maneras de visualizar la escena, por ejemplo: vista perspectiva u ortográfica (también llamada ortogonal).
Otros elementos visibles en el viewport era: el ViewCube, el cual permite el cambio de vista de manera rápida y sencilla, ubicado en la esquina superior derecha; las reglas que indican las medidas del volumen, ubicada a la derecha y abajo del viewport; y la visualización de los ejes cartesianos tridimensionales, ubicados en la esquina inferior izquierda.
Rotación
El componente de rotación estaba conformado por un aro o circunferencia centrada en el Marco Estereotáctico y dos líneas indicadoras principales. La circunferencia actuaba como interfaz que permitía al usuario hacer clic sobre ella para realizar una rotación específica y las dos líneas funcionaban de guías que indican la posición inicial de la rotación (donde se hizo clic) y la posición final de la rotación (donde se encuentra actualmente el cursor del ratón). Adicionalmente, se desplegaba una etiqueta que indicaba el ángulo actual expresado en grados.
Traslación
El componente estba formado por tres flechas paralelas a los ejes X, Y y Z; una etiqueta para el despliegue de las medidas y tres selectores triangulares.
Para interactuar con esta herramienta el usuario debía hacer clic sobre las flechas o los se-lectores de plano. Cada uno de los elementos tienía comportamientos distintos. Al hacer clic sobre las flecha el usuario solo tenía permitido trasladar el marco sobre el eje seleccionado, mientras que si seleccionaba los otros indicadores podía desplazar el marco por el plano que corresponda (XY, XZ o YZ).
Al iniciar el movimiento se mostraba una etiqueta que indicaba la distancia desplazada en cada eje con respecto a la posición inicial. Dicha distancia estaba expresada en milímetros.
Clipping
Este componente era el encargado de realizar cortes transversales a un elemento 3D haciendo uso del procedimiento de “recorte” (clipping, en inglés) definido en el API de OpenGL. Esta componente era utilizado en la aplicación como una herramienta para la visualización interior del volumen desplegado. El procedimiento de clipping se encargaba de identificar una porción del volumen que se encuentra dentro o fuera de una región tridimensional definida por la intersección de tres planos perpendiculares entre sí. Luego, toda la porción dentro del área definida se mostraba en pantalla y el resto simplemente no se desplegaba.
El volumen (a.k.a. el paciente)
La mayoría de las veces cuando se trabaja con despliegue de volúmenes en el área de medicina es necesario visualizar tejidos o zonas específicas del cuerpo humano. Para lograr esto se utilizó una función de transferencia.
Una función de transferencia se encarga de asignar propiedades ópticas, como color y transparencia, a las muestras del volumen desplegado.
En éste caso se uso una función de transferencia de una dimensión. Dicho procedimiento se logra asignando valores de color (rojo, verde, azul y transparencia; o RGBA por sus siglas en inglés) a cada iso-valor del volumen utilizando alguna función de correspondencia.
Una función de transferencia puede ser diseñada para visualizar capas de piel, huesos u otros tejidos internos de dos maneras diferentes:
- La primera es definiendo de forma manual cada valor de correspondencia entre un iso-valor y un color RGBA, lo cual deriva en un proceso tedioso y poco práctico, por lo que no fue considerado como una solución factible para éste trabajo.
- La segunda manera es diseñando un control interactivo que permita definir de manera rápida, práctica y lo más importante, en tiempo real, cualquier función de transferencia.
Detección de la lesión
En esta ventana se podía apreciar todos los detalles referentes a las imágenes DICOM cargadas en el sistema, así como la información básica del paciente, permitía hacer mediciones, localizar y marcar la lesión en el cráneo y cambiar los valores en la función lineal para la visualización de los cortes (ancho y centro de la ventana).
Tecnologías usadas: C#, OpenGL, OpenTK, Forms Apps, lectura de imágenes DICOM, Google Sketch-up.
My2Cents
XNA Game Studio
Proyecto desarrollado bajo el marco del Microsoft Imagine Cup con el objetivo de contribuir a alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio en desarrollo un juego llamado My2Cents. Este nombre surgió teniendo en cuenta nuestra contribución al mundo utilizando las tecnologías actuales (Mi Granito de Arena).
El juego My2Cent consiste en utilizar un Kinect y una pantalla de una sola salida (monitor, proyector, TV, etc) que se ejecuta en un PC. Con My2Cents, queremos contribuir al logro de varios objetivos, básicamente, utilizando las tecnologías de Microsoft.
Tecnologías usadas: C#, XNA, OpenGL, Blender, Photoshop, Kinect.
Nota: En esta participación del Microsoft Imagine Cup 2012, pudimos llegar a la tercera ronda en la categoría de Game Design entre los 100 mejores países del mundo.
LOD y GeoMipMapping
Despliegue de terreno con nivel de detalle
Proyecto con fines académicos para el curso de Tópicos en Computación Gráfica. El proyecto consistía en generar un terreno de forma procedural utilizando el algoritmo de Perlin Noise y desplegarlo utilizando la técnica de GeoMipMapping con 3 niveles de detalle (LOD).
Entre las características extras cabe mencionar el despliegue de billboards, nubes procedurales animadas, generación procedural de la textura del terreno con diferentes niveles (agua, lodo, tierra, grama, roca y hielo) y la generación de sombras usando la técnica de “Fast computation of terrain shadow maps”.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, Shaders.
Simulación básica del agua
OpenGL y C++
Desarrollado para el curso de Tópicos en Computación Gráfica. Dentro de las características de este proyecto están:
- Reflección y refracción del agua usando GLSL.
- Lens flare.
- Simulación de efecto cáustico debajo del agua.
- Billboards en árboles.
- Domo animado con nubes procedurales.
- Movimiento del sol simulando el tiempo.
- Generación procedural del terreno usando Perlin Noise.
- Generación procedural de las texturas del terreno.
- Detección de colisiones.
- Generación de sombras con la técnica de “Fast computation of terrain shadow maps”.
- Vertex Buffer Object (VBO) para el despliegue del terreno.
- Cargador de archivos OBJ.
- Atenuación ambiental.
- Animación de modelos.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.
Estereoscopía
Técnica de anaglifos
Desarrollado para el curso de Tópicos en Computación Gráfica con fines académcos. El objetivo del proyecto era desplegar una escena con la técnica estereoscópica de anaglifos (para lentes rojo/azul) utilizando dos y tres despliegues de la misma. Entre de las funcionalidades cabe destacar que la aplicación permite cambiar la posición del ZPS y la apertura de los ojos.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.
Cargador de mapas
Mapas BSP y técnica de Frustum Culling
Proyecto con fines académicos para el curso de Fundamentos y Técnicas en Computación Gráfica. El objetivo del proyecto era cargar un mapa BSP y desplegarlo utilizando una técnica de aceleración. En este caso se utilizó el Frutum Culling para descartar ramas del árbol BSP al momento de hacer el despliegue. Entre las características adicionales están el uso de multitextura haciendo uso del lightmap que viene contenido en el archivo BSP.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.
Técnicas de iluminación
Parallax Mapping, Normal Mapping y Phong Shading
Desarrollado para el curso de Fundamentos y Técnicas en Computación Gráfica con fines académcos. Se implementaron las técnicas de Parallax Mapping, Normal Mapping, Phong Shading, mapeo de textura esférico y planar con GLSL, interacción con el mouse (rotar, escalar y trasladar) y carga de archivos OFF.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.
Despliegue de volúmenes
Marching Tetracubes
Desarrollado para el curso de Tópicos en Computación Gráfica. El objetivo del proyecto era cargar y desplegar volúmenes utilizando la ténica de Marching Tetracubes (Tetracubos Marchantes) y permitir al usuario seleccionar el umbral que deseaba. Se debían calcular las normales de cada triángulo con el fin de generar Gouraud Shading en el mallado además de poder visualizar el volúmen de manera estereoscópica.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.
Despliegue de volúmenes
Object-aligned planes
Desarrollado para el curso de Fundamentos y Técnicas en Computación Gráfica con fines académcos. Se utilizo la técnica de despliegue de volumenes llamada Planos Alineados al Objeto (una técnica de textura 2D).
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.
Desarrollo de un video juego
“The Lay Of Leithian”
Video juego desarrollado en mes y medio con propósitos académicos para el curso de Introducción a la Computación Gráfica. El objetivo del juego es recolectar los tres diamantes azules repartidos a lo largo de tres niveles en donde se deberán utilizar las habilidades de los tres personajes de la historia.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL, efectos de sonido y sonido ambiental.
Sombras volumétricas, reflexión y detección de colisiones
OpenGL y C++
Proyecto con fines académicos para el curso de Fundamentos y Técnicas en Computación Gráfica. El proyecto consistía en recrear una escena en donde se puduera apreciar las sombras volumétricas generadas por una fuente de luz y la reflección de ciertos elementos sobre una superficie pulida. El proyecto fue realizado haciendo uso del Stencil Buffer. Como caracerística adicional cabe destacar que se aplico la técnica de Nomal Mapping a las paredes, el techo y el piso del escenario y la detección de colisiones.
Tecnologías usadas: C++, OpenGL, GLSL.