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Ingeniera Civil en Computación / Las líneas de productos de software constituyen un paradigma de desarrollo, en el cual se busca construir, a partir de un conjunto de elementos clave, sistemas que comparten características comunes, o similitudes, y a la vez mantienen características propias, o variabilidades. Un ejemplo de sistema que puede verse beneficiado con este paradigma es el software generador de mallas geométricas. Las mallas geométricas son poderosas herramientas que permiten representar un objeto como un conjunto de polígonos contiguos. El presente trabajo de título tuvo por objetivo la construcción de una interfaz gráfica que permita al usuario la configuración y creación automática de productos correspondientes a generadores de mallas con distintas funcionalidades, utilizando la ingeniería de líneas de productos de software. El desarrollo consistió en extender la aplicación desarrollada en un trabajo de título anterior, que permitía configurar un producto, pero dado el acoplamiento del software base utilizado, todos los productos contenían el mismo código fuente. El software base utilizado se compone de dos generadores de mallas ya existentes: Simulador de crecimiento de árboles, sistema que modela el crecimiento de un árbol mediante mallas geométricas, y Generador genérico de mallas, que implementa una secuencia de pasos básica y común para todos los generadores de mallas y provee un apoyo conceptual. Ambos productos permiten cargar, almacenar y manipular las mallas. Durante el desarrollo de esta memoria, primero se realizó una revisión de las funcionalidades de ambos productos, para después identificar sus similitudes y variabilidades. Luego, estas características fueron agrupadas en tres grupos: Tipo de Aplicación, Manejo de Archivos y Algoritmos de procesamiento de mallas. Cada uno de estos grupos correspondió a una sección de la interfaz desarrollada. La interfaz de usuario fue construida de manera que permita la configuración de los productos en tiempo de compilación y de ejecución, mediante la generación de dos archivos de configuración. Esto implicó un análisis sobre el código fuente del software base, en el cual se detectó un alto acoplamiento entre varias de sus clases; por lo tanto, fue necesario realizar una intervención sobre el código de estas clases, para poder desacoplarlas y así compilarlas por separado, excluyendo las clases innecesarias. Como resultado, la interfaz desarrollada permite configurar y crear automáticamente productos generadores de mallas geométricas, de manera que incluyan sólo las funcionalidades escogidas por el usuario. Para trabajos futuros, se propone una re-ingeniería mayor del software base Simulador de crecimiento de árboles, que lo adapte para su utilización en el contexto de una linea de productos de software; además, es posible la adición de nuevos algoritmos y funcionalidades a la línea de productos ya construida.

Ingeniero Civil en Computación / La ortodoncia invisible consta de alineadores o placas que son fabricadas en base a un es- caneo tridimensional de la dentadura del paciente. Cada placa es diseñada en un software especializado, y es fabricada posteriormente con impresión 3D. El alumno fue intervenido con un tratamiento de ortodoncia invisible, durante el cual se detectaron múltiples falencias. Debido a esto, se ideó un sistema para realizar tratamientos de esta índole solucionando las deficiencias observadas. Esta misión se enmarca en el naci- miento de la empresa TecDent, cuyo único propósito es entregar estos tratamiento de manera económica y cómoda. La presente memoria consistió en el diseño del primer paso para poder realizar un tra- tamiento una vez que la dentadura del paciente ya ha sido digitalizada. Este primer paso es identificar de manera automática y correcta cada una de las estructuras anatómicas pre- sentes en el escaneo tridimensional, es decir, cada uno de los dientes y encía. Este paso es fundamental, ya que para poder modificar la posición de los dientes cualquier programa o sistema requiere saber su posición inicial. Después de cuatro implementaciones de algoritmos fallidos, aquella que resultó exitosa fue una adaptación obtenida desde la literatura. En esta, se detectan puntos claves dentro de los dientes de manera automática y se utilizan campos armónicos para detectar la forma final y posición de cada diente. El trabajo fue probado con un total de veintidós modelos. Seis de estos obtenidos de medios públicos y los dieciséis restantes siendo tomados por una asistente dental en yeso, de pacientes que activamente buscaban un tratamiento de ortodoncia, para ser digitalizados posteriormente por un escáner tridimensional. Como resultado el programa desarrollado logró segmentar correctamente las estructuras anatómicas en los modelos tridimensionales, debido a que en base a esta segmentación se fabricaron y ejecutaron tratamientos de ortodoncia de manera exitosa. El proceso de seg- mentación requiere aún en algunos casos de mínima intervención humana, siendo un sistema semi-automático.

El propósito en esta memoria, es extender este trabajo haciendo un estudio del diseño de la aplicación, para mejorar el diseño y ajustarlo mejor a buenas prácticas de OOP2 . Además, se incluirán mejoras y características que no se concretaron en el desarrollo anterior como: Re namiento y mejoramiento de las mallas: Existen varios criterios de calidad que se pueden agregar a la aplicación, así como también otros algoritmos de re namiento y mejoramiento. También se pueden incluir algoritmos de des-re namiento de las mallas, es decir, remover puntos donde estos se encuentren muy concentrados. Mallas de cuadriláteros: En este momento las operaciones sobre la topología de la malla solo están de nidas para mallas de triángulos. Seria interesante extender las operaciones para que soportaran mallas de cuadriláteros, las cuales se asemejan mejor a la forma natural de las células. Algoritmos de veri cación de consistencia global de la malla: En este momento la veri- cación de consistencia solo se hace de manera local, lo cual puede provocar inconsistencias a nivel global de la malla, entre elementos que no se encuentren en una misma vecindad. Esto se puede llegar a generalizar para unir dos mallas distintas, manejando así la unión de varias mallas a solo una. Algo que se da en forma natural en los vegetales. Algoritmos de veri cación local más e cientes: Se desea desarrollar algoritmos de veri- cación local más e cientes que los actuales, que sean capaces de controlar cada una de las inconsistencias de la malla. Visualización de los cambios o deformaciones de la malla en forma On-line: Incluir la capacidad de mostrar la malla a medida que los cambios van ocurriendo. Esto haría más atractivo el modelamiento ya que actualmente la visualización se muestra paso a paso. Es decir, mostrando un solo estado a la vez. Solucionar problemas de precisión e inexactitud de los cálculos: Estos problemas en la aplicación actual generan esporádicamente malos resultados y caídas de la aplicación. Comunicación directa con software Femlab: Actualmente la aplicación no interactúa en forma directa con Femlab. Solo funciona a través de exportaciones hechas desde Femlab a archivos de texto.

Ingeniero Civil Eléctrico / Los elevados potenciales con los que trabajan los sistemas eléctricos de potencia hacen imprescindible la presencia de elementos de seguridad que protejan a los equipos y personas que se encuentren en el lugar. Las puestas a tierra son la última línea de defensa en una compleja serie de mecanismos y protocolos dispuestos para este fin. Por esto es de vital importancia asegurarse de que el diseño de ésta se ajuste a los parámetros de diseño para comprobar que la operación se realice de manera segura. Una de las primera acciones es caracterizar apropiadamente el terreno en el cual la corriente será disipada. La otra es proyectar una malla de tierra que establezca condiciones seguras en todo el recinto donde se ubican las instalaciones. En el presente trabajo se ha creado una herramienta computacional que permite determinar la configuración de los estratos que componen el terreno, particularmente el espesor y la resistividad eléctrica de cada una de las capas, a partir de los datos obtenidos mediante un sondeo eléctrico vertical. Además se ha implementado un sistema que en situación de falla, permite determinar las corrientes que son inyectadas al terreno en cada punto de la malla, como también del aumento del potencial en ésta, y en cualquier lugar del espacio, para terrenos de dos capas. La puesta a tierra es modelada como un conjunto de pequeñas esferas, a fin de dar flexibilidad en el diseño geométrico de estas, a diferencia de trabajos anteriores, los cuales utilizan barras de dimensiones reducidas como geometría elemental para el cálculo de las características eléctricas. La modelación se implementa modelando las mallas como un conjunto de esferas pequeñas, lo cual entrega flexibilidad en el diseño de la puesta a tierra. Comparaciones con datos reales y mediciones en terreno, muestran que los resultados son suficientemente cercanos a la realidad, mostrando la idoneidad del modelo. La metodología utilizada permite obtener las características eléctricas de mallas que se encuentren en presencia de elementos metálicos separados tales como cables de telecomunicaciones, tuberías, rieles para el transporte de equipos en superficie, entre otros, lo cual no es posible determinar en forma precisa mediante los métodos simplificados actuales. También es posible visualizar las zonas en las cuales la densidad de corriente es lo suficientemente pequeña, tal que permita reducir la cantidad de conductores en la puesta a tierra, a fin de obtener soluciones de menor costo. El programa desarrollado en este trabajo tiene un gran potencial en la docencia, ya que permite obtener resultados de manera más transparente que los métodos actuales, obteniendo una mayor claridad de los fenómenos involucrados. En la industria es posible utilizar este programa para obtener resultados más precisos, seguros y de menor costo.

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.

Ingeniero Civil en Computación / El método de elementos finitos, que permite resolver numéricamente problemas modelados por ecuaciones diferenciales parciales para el análisis de complejos problemas físicos sobre geometrías complejas, es una de las más importantes aplicaciones del ámbito científico. En estos problemas las geometrías son modeladas utilizando mallas geométricas, cuya calidad determina la precisión de los cálculos y de los resultados obtenidos por el método. En una malla geométrica definida por una triangulación, se entiende por calidad que el ángulo mínimo de cada triángulo esté acotado inferiormente por un valor acorde a la necesidad del problema. Dado un conjunto de puntos para construir una triangulación, las triangulaciones de tipo «Delaunay» se caracterizan por maximizar el ángulo mínimo interior de sus triángulos, y en consecuencia producen la triangulación de mejor calidad basada en tales puntos. Sin embargo, en caso de requerirse una mejor calidad, ésta puede mejorarse insertando nuevos puntos estratégicamente. En este contexto, los algoritmos tipo «Delaunay» de refinamiento de mallas juegan un rol de importancia ya que proveen métodos de mejoramiento de la calidad de una triangulación por medio de la inserción de puntos adicionales. Cada inserción se realiza mediante un proceso que mantiene la propiedad de «Delaunay» de la malla, e incrementan su calidad. Los distintos de algoritmos refinamiento tipo «Delaunay» presentan diferencias en cuanto a su desempeño y a la malla resultante. Ciertos algoritmos incorporan una etapa de «preprocesamiento», en la cual se prepara la malla para prevenir complicaciones durante el desempeño del resto del algoritmo. Adicionalmente, algunos se benefician de procesar los triángulos siguiendo un orden en particular. Omitir el preprocesamiento u ordenamiento en estos casos, altera el resultado obtenido. Es posible estudiar el comportamiento de los algoritmos al establecer comparaciones entre sus condiciones de procesamiento respecto a los resultados obtenidos. Existen programas computacionales que permiten la aplicación de un algoritmo de refinamiento sobre una malla y que como resultado presentan la malla mejorada y estadísticas respecto al desempeño del algoritmo durante la ejecución. Estas aplicaciones requieren ser ejecutadas una vez por cada refinamiento. Para el caso en que el número de algoritmos y/o mallas es considerable, lo anterior impone una dificultad. En particular cuando se busca establecer comparaciones relativas al comportamiento de los algoritmos, esta situación obliga al investigador a realizar un trabajo posterior de manejo de datos y visualización para los resultados obtenidos. Así, el tiempo de trabajo y esfuerzos adicionales, en casos de grandes volúmenes de pruebas y datos, pueden llegar a ser imprácticos fácilmente. En esta memoria se pretende elaborar una herramienta inteligente para comparar algoritmos de refinamiento tipo «Delaunay», realizar «tuning» de algunos algoritmos, proponer nuevos, etcétera, considerando diversas condiciones de procesamiento. Adicionalmente, se espera que la herramienta permita definir esquemas de ejecuciones de procesamiento, a través de los cuales sea posible analizar y obtener grandes cantidades de resultados de manera simple y práctica. Finalmente, la aplicación deberá generar «Reportes de Visualización de Resultados» en archivos «html», que incluyen cada detalle de la configuración y de los resultados, además de visualizaciones de gráficos para las tablas comparativas producidas. En las siguientes páginas se aborda en detalle el proceso de diseño e implementación de esta herramienta, cuyo desarrollo se ejecuta a partir de la elaboración de una biblioteca basada en la aplicación «Compare2DMesh», que fue producida en trabajos anteriores, la cual permite la ejecución individual y obtención de resultados de un refinamiento tipo «Delaunay» sobre una malla. Esta nueva biblioteca, llamada «C2M», supera a la aplicación original en múltiples aspectos. Además, se construye una nueva aplicación «BatchRefinement» que utiliza «C2M», y que provee una interfaz gráfica a través de la cual se proveen funcionalidades que satisfacen todos los requerimientos relacionado al trabajo con volúmenes de experimentos y generación de reportes con los análisis de los resultados. Estos reportes son creados en unos pocos segundos, de manera automática y flexible, y presentan información que habría tomado horas procesar sin esta herramienta. Las pruebas realizadas confirman la versatilidad de la aplicación, e indican una mejoría respecto a «Compare2DMesh» en muchos aspectos. A lo largo de este documento, se discuten temas relevantes y consideraciones relacionadas con la implementación actual y, en determinados casos, con los trabajos anteriores.

La agitación de líquidos es una de las operaciones más comunes de los procesos industriales. Es de importancia fundamental con múltiples aplicaciones en la industria minera, petrolera, de alimentos, química, farmacéutica y papeleras entre otras. En especial, el rubro minero requiere de agitadores de estanque en prácticamente todas sus áreas del proceso. En el contexto dado por la importancia de la minería en el país, el Dr. Ing. Álvaro Valencia del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile, a través de métodos de simulación numérica, ha querido desarrollar una metodología de predicción del comportamiento de un flujo dentro de un estanque agitador de pulpa mediante impulsores rotatorios. Típicamente, este tipo de problemas resulta complejo y se requieren métodos numéricos de resolución. La discretización del medio usando mallado no estático, es la herramienta más usual y conveniente. Para esto se utilizan mallas deslizantes a modo de predecir la fluidodinámica del sistema. Las dificultades producidas por este tipo de mallas plantean un desafío importante para las técnicas de resolución numérica de ecuaciones que rigen fluidos turbulentos. En esta memoria se contempló un primer estudio en el comportamiento del flujo dentro de los estanques agitadores. Para ello, se utilizó una herramienta computacional de simulación de CFD (Mecánica de Fluidos Computacional) considerando la interacción impulsor-bafle, flujo turbulento, fluido newtoniano y deslizamiento de malla en un escenario donde el fluido impulsado es agua y el agitador es la bien conocida turbina Rushton mono-impulsor de 6 álabes. Los resultados obtenidos por la simulación fueron comparados con un artículo científico que estudió la agitación de agua en régimen turbulento mediante una turbina Rushton de 6 aspas, utilizando el método de mallas deslizantes. Los resultados más relevantes presentados acá fueron los perfiles de velocidad radial y axial, la distribución de presión en un plano transversal y distintos índices adimensionales, entre ellos, el número de potencia y el número de bombeo. Finalmente, en esta memoria se dejó plasmado el procedimiento de cálculo para así dar una pauta a que investigadores o memoristas estudien posibles extensiones del método y encuentren futuras aplicaciones prácticas.

El objetivo general de esta memoria es extender y mejorar una herramienta interactiva gráfica que permite al usuario definir y visualizar el proceso de generación de mallas geométricas en dos dimensiones, agregándole nuevos algoritmos de refinamiento de mallas, nuevas funcionalidades y mejorando las existentes. Inicialmente se tiene una aplicación que tiene la funcionalidad de mostrar y procesar una malla en dos dimensiones con un algoritmo de refinamiento/mejoramiento dado con ciertos criterios definidos por el usuario. Luego de analizar la aplicación existente, se decide rediseñar una parte de sus procesos, considerando características en su diseño como extensibilidad, y modularidad. Se decide hacer una interfaz para el usuario, desde cero, la que comunica con la nueva aplicación. Se agregan nuevas funcionalidades a la aplicación, tal como la selección de regiones para su posterior refinamiento. Un nuevo algoritmo de refinamiento es agregado a la aplicación. Como resultado se tiene una herramienta para visualizar y manejar mallas geométricas en dos dimensiones, que es poderosa, extensible, flexible y simple de usar, junto con nuevas funcionalidades y algoritmos, con respecto de la aplicación original.

El objetivo del presente trabajo es realizar una adaptación de un sistema de generación de mallas geométricas a una arquitectura orientada a objetos. Se espera entonces evaluar, en cuanto a la ingeniería de software, el sistema resultante. En base al objetivo descrito se realiza una investigación teórica de la ingeniería de software, los estudios de buenas prácticas realizados por el departamento, y una evaluación del sistema a actualizar. Por último se entrega la metodología de desarrollo para el buen cumplimiento de la adaptación.