Ingeniero Civil en Computación / El objetivo del presente trabajo de titulación es desarrollar y diseñar una aplicación multiplataforma para visualizar y analizar mallas geométricas mixtas en tres dimensiones. El visualizador debió ser implementado priorizando la eficiencia para poder manejar mallas muy grandes, y además poseer un diseño de calidad que permitiera extenderlo fácilmente. Una malla geométrica es un conjunto de celdas adyacentes que buscan modelar un objeto complejo de forma discreta; dependiendo del tipo de malla, las celdas serán polígonos y/o poliedros. Los elementos que forman las mallas pueden ser evaluados bajo distintos criterios para medir su calidad. Algunos modelos tienen millones de elementos, por lo que realizar cualquier tipo de cálculo sobre la malla, incluyendo renderizarla, es muy costoso. Para manejar mallas grandes de forma eficiente, varios algoritmos fueron acelerados utilizando la unidad de procesamiento gráfico de la tarjeta de video (GPU). Las GPU de última generación permiten realizar un gran número de tareas en paralelo, ya que tienen cientos de núcleos de procesamiento. Para poder aprovechar el potencial de la tarjeta de video se utiliza la API gráfica multiplataforma OpenGL. La interfaz de la API provee un gran número de funciones para controlar la tarjeta de video, y además especifica el lenguaje de programación GLSL, el cual nos permite programar el pipeline de renderizado, todo esto sin preocuparse del tipo de tarjeta de video ni del sistema operativo. Para abordar el problema, primero se analizaron los requerimientos específicos de la aplicación y se confeccionó un diseño para satisfacerlos. Se propuso un esquema modular, utilizando programación orientada a objetos y patrones de diseño, con lo cual se consiguió una aplicación extensible y capaz de realizar las tareas requeridas. Después, se implementaron las clases especificadas en el diseño y se generó una interfaz gráfica amigable para el usuario utilizando Qt. Esta interfaz permite al usuario acceder a todas las funcionalidades de la aplicación. Además, se utilizaron múltiples programas de Shaders para producir distintos efectos de iluminación y para acelerar algoritmos que no están relacionados con la visualización. Como resultado se obtuvo una poderosa herramienta gratuita y multiplataforma para analizar mallas. Con un diseño de calidad se consiguió que la aplicación fuese fácilmente extensible en estrategias de evaluación, modos de visualización, tipos de formatos que lee y exporta, y modos de seleccionar elementos. Además, el visualizador es capaz de procesar mallas que contienen por sobre un millón de elementos en tiempos reducidos, por lo que sigue siendo una aplicación altamente interactiva bajo estas condiciones.

Ingeniero Civil Eléctrico / En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un algoritmo para la calibración automática de sensores láseres con vistas complementarias. Se desarrolla una metodología general que permite estimar las zonas de traslape entre las nubes de puntos originadas por los láseres que se requieren calibrar y se encuentran y validan los puntos correspondientes entre una y otra nube, para finalmente realizar una estimación de la pose del láser que permita alinear ambas nubes de puntos de la mejor forma posible. La metodología propuesta es implementada y evaluada con datos reales en el producto LOGMETER de la empresa Woodtech S.A. LOGMETER es un equipo que mediante el uso de sensores láseres 2D permite medir características de la madera; es un portal macizo, sobre el cual se instalan hasta 15 sensores láser 2D, por el que atraviesan camiones cargados con madera. Con la información capturada por los láseres, la estimación de la velocidad con que el camión atraviesa el portal y la pose de cada uno de los láseres del portal, se reconstruye el camión en tres dimensiones. En este trabajo, se simulan escenarios realistas del proceso manual para calibración de los láseres y se prueba el sistema de calibración automática. Los resultados alcanzados son incluso superiores a los obtenidos con calibración manual de los láseres. También se simulan condiciones bajo las cuales el sistema de calibración automática es incapaz de alcanzar un rendimiento óptimo, ésto es explicado por el bajo nivel de traslape existente en algunas de las capturas analizadas. Se da una noción de los rangos de validez del sistema; en el caso estudiado se obtuvo que la pose del láser puede encontrarse desviada respecto a la pose original en ±300 [mm] y en un ángulo de inclinación del láser de ±10o; estos valores resultan ser bastante acordes a los errores que se pueden cometer en la realidad con herramientas de medición básicas. Con las pruebas realizadas se permite demostrar la hipótesis planteada en este trabajo, es decir, se afirma que a partir de un láser de referencia es posible encontrar la pose de un láser que se requiera calibrar, de manera tal que sus puntos se encuentren alineados al láser de referencia y permitan obtener una forma coherente del objeto 3D capturado por el sistema. Uno de los aportes fundamentales en este trabajo, es el manejo de las incertezas de los puntos con el uso de las matrices de covarianza, para lograr un mejor alineamiento de las nubes de puntos.

Los modelos tridimensionales son útiles para representar objetos reales en el mundo digital. Su uso se encuentra en muchas aplicaciones tales como medicina, ingeniería, seguridad y otros. Recientemente, la introducción de dispositivos de captura baratos ha incrementado el interés por este tipo de información, generando una gran cantidad de modelos disponibles en diferentes lugares. Por lo tanto, es imperativo proveer algorithmos efectivos y eficientes para procesar y analizar datos 3D. La evaluación de similitud de modelos 3D es una tarea importante que puede ser útil para procesos de alto nivel tales como recuperación por contenido y reconocimiento. Estos procesos requieren atención ya que los repositorios 3D están en constante crecimiento y es cada vez más necesario realizar búsquedas basadas en contenido. Más aún, la comparación de modelos 3D es una tarea desafiante debido a la dificultad de representar adecuadamente un modelo 3D para una subsecuente comparación. En esta tesis, abordamos el problema de matching y recuperación por contenido en modelos 3D. Nosotros proponemos nuevas representaciones para modelos 3D basándonos en la habilidad de detectar características locales robustas sobre mallas. De esta forma, este trabajo se enfoca primero en la detección efectiva y eficiente de puntos de interés en mallas 3D. Luego, nosotros proveemos representaciones efectivas para lidiar con problemas como recuperación genérica, recuperación de formas no rígidas y correspondencias entre mallas. Para la recuperación basada en contenido, nosotros desarrollamos representaciones basadas en grupos de puntos de interés. Estas representaciones permiten aprovechar el poder de representación de las características locales mientras reducimos la cantidad de información necesaria. Para computar correspondencias, desarrollamos una representación jerárquica la cual conlleva una descomposición recursiva de un modelo 3D en regiones y puntos de interés. Esta representación es útil para decrementar el error de localización de las correspondencias en formas no rígidas mientras se reduce considerablemente el tiempo de procesamiento. Nuestros experimentos muestran que nuestros métodos para detectar estructuras locales en mallas son robustos a diferentes transformaciones. Además, nosotros presentamos una detallada evaluación de nuestras representaciones para recuperación genérica por contenido, recuperación de formas no rígidas y correspondencias en mallas. Desde nuestros resultados, es posible concluir que el uso de características locales puede mejorar el proceso de evaluar la similitud entre modelos 3D. Y más aún, nuestras representaciones pueden ayudar a mejorar simultáneamente la efectividad y la eficiencia de la recuperación de modelos 3D basada en contenido y de la búsqueda de correspondencias.

Magíster en Ciencias, Mención Computación / Ingeniero Civil en Computación / El problema de que un computador determine la similitud entre objetos tridimensionales es un problema que tiene aplicaciones directas en diversas áreas como la medicina, la ingeniería y la arqueología, entre otras. Si bien, dentro de los últimos años se han desarrollado varias técnicas que permiten estimar la similitud entre objetos 3D, estas técnicas presentan serios problemas al momento de realizar consultas cuando la información tridimensional es parcial. Actualmente existen muy pocas técnicas que permiten el cálculo de similitud entre objetos 3D cuando la información es parcial. Por otra parte, la evaluación de estas técnicas se ha realizado utilizando información simulada, que no representa efectivamente cómo es la información tridimensional que una máquina puede obtener del mundo real, por lo que se tiene poca información sobre si estas técnicas son realmente útiles en aplicaciones reales. Uno de los objetivos principales de esta tesis consiste en determinar si existe alguna técnica que permita determinar la similitud entre objetos tridimensionales cuando la información es parcial y proveniente de objetos reales, y evaluar su eficacia. Se evaluaron algoritmos de matching parcial en objetos 3D utilizando la información proveniente de un escáner 3D óptico creado especialmente para este fin. El trabajo constó de tres fases: (1) la creación de un escáner 3D óptico utilizando un tablet Android y un proyector digital (2) la creación de una colección de referencia de objetos 3D que incluye mallas 3D parciales (3) la evaluación de algoritmos de matching parcial en objetos 3D. El trabajo de tesis es pionero en el ámbito de la evaluación de algoritmos de matching parcial en objetos 3D utilizando mallas 3D provenientes de objetos de la vida real, sin intervención alguna. Los resultados de este proyecto permitieron obtener métricas más realistas de precision vs recall que las existentes.

Ingeniero Civil / La impresión 3D es una tecnología que está revolucionando la fabricación de muchos productos, procesos y servicios, mostrando su potencial en una amplia gama de disciplinas, incluso en el mundo de la ingeniería Civil y Construcción. El proceso de impresión 3D se basa considerando el material, la forma o geometría del elemento, las fuerzas que son aplicadas y la técnica o estrategia de impresión. Estos principales componentes están estrechamente relacionados y conectados, pero las relaciones son generalmente desconocidas. Este trabajo de título contempla sólo el estudio del material de impresión, en particular, el hormigón. Este material tiene una serie de características particulares que debe cumplir para que pueda usarse en una máquina de impresión 3D. El hormigón de impresión tiene que tener la capacidad de ser transportado y extruido en una máquina, para luego, ser capaz de construirse en capas con una calidad, unión y resistencia aceptable. Por tal razón, se estableció que las propiedades críticas en estado fresco de una mezcla de impresión son: la extrudabilidad, calidad de extrusión, trabajabilidad, tiempo abierto y edificabilidad. Con el propósito de encontrar una mezcla óptima para imprimir, se proponen una serie de ensayos experimentales de cada una de las propiedades en estado fresco, que se realizarán en una máquina de pruebas construida en paralelo a este trabajo. Además, se entregan una serie de antecedentes de una mezcla de impresión, en cuanto a sus componentes, características, influencia en las propiedades críticas, entre otros. Finalmente, se propone un protocolo de ensayos para encontrar la mezcla óptima.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / El objetivo de este proyecto fue el de localizar cuerpos intrusivos bajo una cubierta de material aluvial y/o gravas en un ambiente volcánico/sedimentario, incorporando como herramienta principal de exploración los métodos geofísicos magnético y gravimétrico respectivamente, en el caso del método magnético, primero detectar la mineralización asociado a minerales ferromagnético y segundo establecer la adquisición gravimétrica con el propósito de localizar cuerpos más pesados que su entorno, como resultado de los contrastes de densidad. Primero se realizó la adquisición magnética de alta resolución en el área de las propiedades mineras del Proyecto Buen Retiro (su ubicación se detalla más adelante), usando un instrumento Scintrex Modelo SM5, y sensor simple de vapores de cesio, el área se cubrió con 61 perfiles de 2.400 metros de largo cada uno y dirección EW, totalizando 149,5 kilómetros lineales de prospección. Después de aplicar la corrección por variación diurna, se obtuvieron los mapas de Intensidad Magnética y Reducción al polo, luego se realizó un modelamiento cuantitativo 3D, a través del programa de inversión magnética 3D. Para la adquisición gravimétrica se diseñó una malla de 100m x 100m, la cual se adquirieron un total de 961 estaciones, levantadas en una sola campaña de terreno, donde se dispuso de un gravímetro Scintrex modelo CG5 con precisión de 0.001 mGal y dos GPS diferencial Topcon modelo GR3 con precisión geodésica, con lo que se logró tener un alto grado de exactitud en las mediciones de altura, requeridos para el cálculo de la anomalía de Bouguer y en menor medida en la corrección topográfica por tratarse de una área relativamente plana. La separación de la anomalía de Bouguer de origen regional y local es un paso importante en la interpretación de un mapa de gravedad. No existe un método infalible o sí se quiere perfecto, para efectuar la separación residual-regional, entre ellos tenemos el uso de muchos filtros. En este estudio aplicaremos nuestro propio método en la separación Regional-Residual, que consiste en la elaboración de un regional a partir de la ecuación simple del plano a partir de tres puntos conocidos, incorporando la información de 3 sondaje, para luego obtener un residual que es el archivo de entrada en el modelamiento gravimétrico 2D y 3D respectivamente.

Ingeniero Civil / El trabajo de esta memoria tiene por finalidad analizar el impacto del daño y la geometría de un cable en la resistencia residual que éste presente. Los cables son elementos estructurales ampliamente usados y es importante caracterizarlos apropiadamente y validar ecuaciones analíticas que se han planteado hasta ahora. Para poder realizar este trabajo se realizan ocho modelos 3D en el programa ANSYS de elementos finitos (EF) que representarán una misma configuración geométrica de cable para dos diámetros con tres niveles de daño distintos cada uno, además del caso no dañado. El nivel de daño se cuantifica en función del índice de asimetría (IA) de la sección y la pérdida porcentual de área neta. La configuración geométrica de los cables analizados es 1x19 (1+6+12: una fibra en el núcleo, seis en la segunda capa, doce en la tercera) y los diámetros son 3,5 y 22,22 mm. Los cables se someten a un desplazamiento axial monotónico incremental en uno de sus extremos, los que están restringidos al giro. Para elaborar los modelos en EF se utilizaron elementos cúbicos de ocho nodos con interpolaciones lineales entre ellos como mallado de los componentes. Se utilizó coeficiente de fricción de 0,115 entre fibras. Para simular el daño se eliminaron los alambres de la sección que presentarían rotura en la realidad. Se validó el análisis seccional, es decir, alejado una cierta distancia de las condiciones de apoyo, la distribución de tensiones y deformaciones se comporta invariante a lo largo del resto del eje del cable. Las interacciones de contacto juegan un rol fundamental a la hora de cuantificar la carga y capacidad de deformación última de los cables, además de disminuir su rigidez, comparado con modelos simplificados que no incorporan estos efectos. Se observó que la asimetría del daño impacta directamente en la capacidad última de deformación del cable, disminuyendo ésta al aumentar el IA. Es posible aproximar la rigidez de un cable a través de modelos simplificados o del modelo EF sin daño de manera satisfactoria. Existen efectos de flexión local en las fibras externas producto del contacto entre capas. Además, se presenta una deformación por flexión global de forma radial en los casos que presentan asimetría de daño. El cálculo de capacidad a través de las ecuaciones analíticas de área neta sobreestima la carga última de los cables. En líneas similares, la resistencia residual de los cables disminuye en mayor tasa que la pérdida de área neta. Los resultados muestran mayores presiones inter-fibra y mayores gradientes de tensiones y deformaciones cuando el cable posee un mayor diámetro de sus componentes.

Memoria para optar al título de Geólogo / 19/10/2021

Memoria para optar al título de Diseñador Gráfico / Imagen tridimensional, es un proyecto experimental de diseño que busca realizar un estudio sobre el fenómeno de la mediación de la tridimensionalidad mediante la construcción de un aparato que actúe como mediador y objetos que serán presentados en este. En este proceso se busca contribuir a la reflexión sobre las nuevas posibilidades y limitantes técnicas de los medios, el fenómeno de representar objetos volumétricos en imágenes y ampliar la discusión sobre aquellas mediaciones que son consideradas tridimensionales y que como diseñadores nos encontramos a menudo encargados de producir. En una primera etapa de este proyecto se busca estudiar y comprender el fenómeno de la percepción de la tridimensionalidad naturalmente y cuando se encuentra mediada, recopilando conceptos claves y comprendiendo procesos que, en una segunda parte, permitirán definir la forma de construcción de un aparato mediador que incentive al observador en reparar sobre el acto perceptual de comprender un objeto como tridimensional a través de la presentación de imágenes. Para esto, se realiza la construcción de un zoótropo inverso, que interviene en la percepción continua de objetos móviles presentados frente a un observador. Objetos volumétricos y físicos que son el resultado de re-interpretaciones de cuadros pertenecientes al movimiento suprematista de 1915 y que son diseñados para representar la tensión entre una imagen bidimensional y su posible realidad volumétrica desconocida. El proyecto concluye con un prototipo funcional que permite a un observador enfrentarse a una experiencia de mediación interactiva diseñada para advertir aquello que es necesario para mediar tridimensionalidad.

Geóloga / El Cajón del Maipo, ubicado en la zona Cordillerana de Chile Central, es una zona donde ha ocurrido importante deformación tectónica a lo largo de su historia geológica y donde actualmente ocurre sismicidad de tipo cortical. En este lugar, las remociones en masa representan uno de los principales peligros geológicos. En este trabajo se analizaron dos laderas de roca del Cajón del Maipo donde han ocurrido deslizamientos de roca: La primera ladera analizada se ubica en el Río Colorado, donde se realizó un levantamiento topográfico y estructural a partir de datos tomados con LiDAR (escáner láser) en terreno. A partir del levantamiento estructural se realizó un análisis cinemático, sin embargo, no se logró identificar estructuras que podrían haber generado el deslizamiento. Tampoco fue posible determinar todos los sets estructurales que caracterizan el talud a partir de LiDAR, por lo que se recomienda que un levantamiento estructural, a través de esta metodología, sea acompañado de observaciones geológicas y geotécnicas de terreno. La segunda ladera de estudio corresponde a la ubicada en Cerro Catedral, en el valle del Río Volcán, donde deslizó un volumen de roca de aproximadamente 2×10^5 m3. Este talud fue modelado estática y dinámicamente a través de elementos discretos utilizando el software 3DEC, incorporando los 3 sets estructurales que caracterizan el talud. Los resultados estáticos indican que se requiere de puentes de roca en al menos un set estructuras, ya que de lo contrario hay fallamiento en cuña. En los análisis dinámicos se utilizaron registros sísmicos de los terremotos de Chi-Chi (1999), Northridge (1994) y Kobe (1995), simulando un sismo de tipo cortical. No ocurre un colapso del sistema en ninguno de los casos, sin embargo, los registros de las estaciones TCU 102 y CHY028 del terremoto de Chi-Chi generaron importantes desplazamientos de hasta 10 metros, los cuales se consideraron como críticos. También se determinó que el rango de frecuencias del input sísmico es determinante dentro del modelo, ya que aquellos registros donde dominaban las frecuencias cercanas a 1 Hz generaban importante amplificación de PGA.