La restauración de objetos es una tarea crucial en el ámbito de la reconstrucción tridimensional de objetos dentro del campo de la computación gráfica. En el caso de los objetos arqueológicos, esta labor adquiere una gran relevancia debido a la inmensa riqueza cultural que posee el Perú. Las muestras obtenidas suelen presentar imperfecciones por el deterioro inherente al paso del tiempo o por procesos de fragmentación y su restauración manual por usuarios expertos, que ha sido una práctica común, es costosa y poco eficiente, lo que hace necesario contar con métodos automáticos de restauración digital. En general, los procesos de restauración de objetos pueden ser divididos en dos categorías: los que completan objetos usando otros objetos como referencia y los que analizan el propio objeto, buscando detectar características repetitivas en el mismo. En esa segunda categoría, el análisis de simetrías es una de las principales técnicas de reconocimiento de patrones, los que serán expresados como transformaciones geométricas que al aplicarse permitirán completar los fragmentos perdidos. La presente tesis propone un algoritmo de detección de simetrías aproximadas parciales basado en propiedades diferenciales de la superficie del objeto tridimensional, representado por una malla de triángulos. Sobre la base de las simetrías detectadas, se propone un algoritmo de refinamiento, para luego proceder con el completado del objeto. La evaluación del algoritmo comprende el uso de objetos tridimensionales de los que se extrae los parámetros de las simetrías para medir su distancia con la simetría calculada por el algoritmo y la localización geométrica de sus vértices para, luego de simular una fractura retirando una porción del objeto, medir la congruencia del proceso de completado de la geometría faltante. Estos valores de congruencia del algoritmo propuesto son óptimos en la comparación con otros trabajos recientes del estado del arte.

Chronic wounds are a serious health problem because they do not follow a normal healing process and take a long time to heal. Monitoring the evolution of the wound is vital to evaluate the current treatment and determine the need for a different approach. Traditionally, this assessment is based on manual measurements and visual observation, which can be subjective and non-quantitative, leading to uncertainty in patient follow-up. This thesis proposes to leverage color and thermal imaging from cameras embedded in a smartphone to provide a non-invasive tool for wound assessment. Standard and affordable devices enables its applicability and scalability in clinical settings. We propose a methodology to create realistic and accurate 3D thermal models from a set of images captured with affordable and handheld devices. This approach was automated and evaluated in clinical settings on a total of 68 wound cases with varying degrees of severity, in Lima, Peru. Our findings show the feasibility of this method and highlight its potential for wound assessment through the use of thermal metrics derived from the 3D thermal models. / Les plaies chroniques constituent un problème de santé grave car elles ne suivent pas un processus de guérison normal et prennent beaucoup de temps à guérir. Le suivi de l’évolution de la plaie est vital pour évaluer le traitement actuel et déterminer la nécessité d’une approche différente. Traditionnellement, cette évaluation est basée sur des mesures manuelles et une observation visuelle, qui peuvent être subjectives et non quantitatives, entraînant une incertitude dans le suivi du patient. Cette thèse propose d’exploiter l’imagerie couleur et thermique des caméras embarquées dans un smartphone pour fournir un outil non invasif d’évaluation des plaies. Des appareils standards et abordables permettent son applicabilité et son adaptabilité en milieu clinique. Nous proposons une méthodologie pour créer des modèles thermiques 3D réalistes et précis à partir d’un ensemble d’images capturées avec des appareils portables et abordables. Cette approche a été automatisée et évaluée en milieu clinique sur un total de 68 cas de plaies de différents degrés de gravité, à Lima, au Pérou. Nos résultats montrent la faisabilité de cette méthode et mettent en évidence son potentiel pour l’évaluation des plaies grâce à l’utilisation de métriques thermiques dérivées des modèles thermiques 3D. / Las heridas crónicas constituyen un grave problema de salud porque no siguen un proceso normal de cicatrización y tardan mucho tiempo en curar. El seguimiento de la evolución de la herida es vital para evaluar el tratamiento actual y determinar la necesidad de un enfoque diferente. Tradicionalmente, esta evaluación se basa en mediciones manuales y en la observación visual, que pueden ser subjetivas y no cuantitativas, lo que genera incertidumbre en el seguimiento del paciente. Esta tesis propone aprovechar las imágenes térmicas y a color de cámaras integradas en un smartphone para proporcionar una herramienta no invasiva de evaluación de heridas. Los dispositivos estándar y asequibles permiten su aplicabilidad y escalabilidad en entornos clínicos. Proponemos una metodología para crear modelos térmicos 3D realistas y precisos a partir de un conjunto de imágenes captadas con dispositivos asequibles y portátiles. Este enfoque se automatizó y evaluó en entornos clínicos sobre un total de 68 casos de heridas con distintos grados de gravedad, en Lima, Perú. Nuestros hallazgos muestran la viabilidad de este método y destacan su potencial para la evaluación de heridas mediante el uso de métricas térmicas derivadas de los modelos térmicos 3D.

Este proyecto tiene el ambicioso objetivo de resolver los principales problemas de la manufactura tradicional, apalancados en el impulso que viene tomando los últimos años la tecnología de manufactura aditiva, también conocida como impresión 3D. En este trabajo no vamos a hablar impresoras 3D de hogar, sino de equipamiento industrial que tiene la capacidad de manejar materiales con propiedades mecánicas que cumplen las condiciones necesarias para la creación de objetos de uso final en la industria. La impresión 3D es una de las principales megatendencia de cara al desarrollo de lo que se conoce como Industria 4.0 y lo que buscamos con este proyecto de campo es validar que realmente existe una oportunidad de negocio en Latinoamérica y hacerla viable mediante la búsqueda de modelos de negocio innovadores.

Actualmente en el mundo, las tecnologías de escaneo 3D se clasifican en dos grupos: de contacto y sin contacto. El primer grupo se caracteriza por la necesidad de reposar el escáner sobre el objeto (Sreenivasa K. 2003). Este tipo de escáneres representan un riesgo cuando los objetos en cuestión no pueden ser manipulados libremente debido a su fragilidad. Por otro lado, el segundo grupo de tecnologías son mayormente usadas en investigaciones y poseen una amplia variedad de aplicaciones en la industria medicinal y de entretenimiento. Este último grupo a su vez se divide en dos sub-grupos: activos y pasivos (Pears N. 2012). Las tecnologías de escaneo 3D activos se basan en el análisis y medición del tiempo de envío y retorno de una señal hacia el objeto para estimar la posición de la superficie. Por otro lado, las técnicas de escaneo sin contacto-pasivas no necesitan de la manipulación del objeto ni medición de señales ya que aprovechan la luz ambiental. Dentro de las ciencias de la computación existe el problema de cómo sintetizar, procesar y analizar la información de una superficie obtenida mediante herramientas de escaneo 3D y guardarla en el computador con el fin de que este pueda ser visualizada y/o manipulada por otras herramientas informáticas. A lo largo de los años han surgido múltiples técnicas de representación de objetos en un espacio de tres dimensiones. Sin embargo, estas técnicas dependen fuertemente de las herramientas empleadas durante el proceso de escaneo. Es por ello que se han desarrollado también técnicas pasivas-sin contacto que permitan la obtención de superficies únicamente a partir de una colección de imágenes y haciendo uso de redes neuronales entrenadas en extensos conjuntos de datos. Para poder entender estas tecnologías emergentes es necesario investigar a profundidad cuales son los recientes métodos para generar superficies u objetos 3D, en qué casos se utilizan los distintos métodos y cuáles son los enfoques de los autores al emplear dichas técnicas.

La visualización de datos 3D es un aspecto muy importante para varios campos de trabajo como la arquitectura, minería, videojuegos, diseño gráfico, geografía, etc. En especial en este último, la geografía, el cual a diario necesita visualizar información topográfica para hacer un estudio previo de los terrenos sin la necesidad de estar presente. En Perú, el uso información 3D por parte de los geógrafos para analizar terrenos a detalle, se ha vuelto una actividad de mucha importancia, debido a que el país es muy propenso a sufrir de fenómenos naturales como el fenómeno del Niño. Esta información topográfica suele ser de superficies de un gran tamaño que pueden llegar hasta un área de 7000 hectáreas, por lo que se necesita de procesar una inmensa cantidad de información 3D. Es por esto que el presente trabajo de investigación se centra en revisar la literatura para lograr una visualización de grandes cantidades de datos 3D. En primer lugar, se revisará cómo es que se deben guardar y organizar los datos 3D para que puedan ser fácilmente extraídos por el visualizador y qué tipo de estructura de datos es la mejor para este tipo de trabajos. En segundo lugar, se revisarán los métodos que existen actualmente para poder renderizar los datos 3D de forma fluida, con el objetivo de logar una visualización interactiva del usuario sin exigir tantos recursos. Por último, se presentarán las conclusiones de los dos puntos mencionados anteriormente y se explicarán cuáles son los mejores métodos para realizar el proyecto de visualización de grandes cantidades de datos 3D.

Los objetos arqueológicos son típicamente expuestos a efectos climatológicos, erosión y estrés físico, lo cual daña tanto parcialmente como de manera desigual sus superficies. Debido a estas condiciones, sus zonas fracturadas tienden a abrir paso a más interpretaciones, mayor ambigüedad y a veces vuelve imposible determinar su forma exacta para su reconstrucción. En la actualidad, existen esfuerzos para mejorar esta reconstrucción mediante el uso de herramientas computacionales, tales como métodos simétricos de reconstrucción; sin embargo, la mayoría de estos esfuerzos asumen que estos objetos hechos por el hombre guardan algún tipo de estructura y regularidad, por lo que se basan en métodos geométricos y simétricos complejos que limitan la reparación de las piezas arqueológicas.

En los últimos años se ha presentado un incremento en el interés por la conservación del patrimonio cultural. Esto incluye varias actividades, siendo una de ellas la conservación de piezas arqueológicas. Esta actividad ha tomado gran relevancia entre expertos en arqueología debido a la proliferación de piezas arqueológicas dañadas o incompletas que son encontradas. Gracias a los avances en informática, las instituciones que se desenvuelven en el sector han optado por la reconstrucción 3D de las piezas arqueológicas. Para llevar a cabo esta tarea hay una variedad de técnicas que necesitan el uso de dispositivos de alta tecnología como los escánares 3D. Por tal razón, dichas técnicas son costosas, tediosas y demandan de mano de obra calificada para realizarse. Por otro lado, se han presentado avances significativos en técnicas de reconstrucción 3D que utilizan modelos de aprendizaje profundo para efectuarla, de las cuales destacan las técnicas que utilizan una sola imagen del objeto a digitalizar. Por lo mencionado, se elabora el presente trabajo de investigación con el objetivo de hacer una revisión de la literatura acerca de los últimos intentos por la reconstrucción 3D que usan un enfoque basado en imágenes para evaluar y proponer un proyecto para el desarrollo de una herramienta que permita reconstruir modelos 3D de piezas arqueológicas a partir de imágenes de piezas arqueológicas incompletas. Asimismo, se revisarán las herramientas y métodos para la ejecución del proyecto.

La minería subterránea es una de las principales fuentes de desarrollo económicos en el Perú. Por lo tanto, al abordar el tema de minería en el Perú se debe priorizar la seguridad. Es por ello que a pesar de que existan diferentes reglas o protocolos al ingresar, también existen muchos accidentes. La causa principal es el desprendimiento de rocas sueltas. Estas rocas, suelen aparecer después de procesos de perforación o voladura. La detección de estas rocas sueltas suele ser realizada por operadores los cuales llaman al proceso de detección “el ojo experto”, los cuales deben indicarle a otro operador para que con una barretilla hagan caer esas rocas por seguridad (técnica del desatado de rocas). En esta investigación se busca reconstruir la mina de manera tridimensional para que un operador como un geomecánico pueda analizar las rocas y detecte si la zona diseñada tridimensional necesita ese desatado de rocas. Para reconstruir la mina, se usarán imágenes térmicas, las cuales ayudarán al geomecánico a detectar de manera precisa si la roca pertenece al grupo de rocas suelta. El proceso de desarrollo de esta investigación, consta de varias etapas: en la primera etapa se adquieren las imágenes de la mina, tanto térmicas como ópticas; luego, las imágenes pasan a la etapa donde se preprocesa y procesa las imágenes; en esta etapa se busca unir ambas informaciones, tanto térmica como óptica en una sola y mejorar la calidad de la imagen. Para optimizar la data procesada, se ordenará en carpetas correspondientes a cada proceso para que estas puedan ser importadas al programa Agisoft Metashape y este realice el proceso de fotogrametría. Por último, se colocarán puntos de control que se indicaran en las imágenes, las cuales son puntos geolocalizados. Estos puntos representan la posición exacta de la zona a examinar. Teniendo la representación tridimensional térmica, el geomecánico será capaz de detectar en la estructura de la mina, si existen rocas sueltas o no y gracias a los puntos geolocalizados, sabrá en que posición se debe hacer el proceso de desatado de mina.

L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de les diferents tècniques per alinear vistes tridimensionals. Aquest estudi ens ha permès detectar els principals problemes de les tècniques existents, aprotant una solució novedosa i contribuint resolent algunes de les mancances detectades especialment en l'alineament de vistes a temps real. Per tal d'adquirir les esmentades vistes, s'ha dissenyat un sensor 3D manual que ens permet fer adquisicions tridimensionals amb total llibertat de moviments. Així mateix, s'han estudiat les tècniques de minimització global per tal de reduir els efectes de la propagació de l'error. / The goal of this thesis is to study the different techniques used to register 3D acquisitions. This study detects the main drawbacks of the existing techniques, presents a new classification and provides significant solutions of some perceived shortcomings, especially in 3D real time registration. A 3D hand-held sensor has been designed to acquire these views without any motion restriction and global minimization techniques have been studied to decrease the error propagation effects.

La simetría es la correspondencia exacta en la disposición regular de las partes o puntos de un cuerpo con relación a un centro, un eje o un plano. Esta característica está presente en la naturaleza y en objetos fabricados por el hombre. Asimismo, en el caso de objetos simétricos realizados por el hombre, existen vasijas de la cultura inca conocidos como keros que representan una simetría rotacional. Sin embargo, muchos de estos cerámicos no se encuentran en óptimas condiciones, debido a que fueron deteriorados por la tierra y por las piedras. Además, muchos de estos estuvieron enterrados o fueron parcialmente dañados en guerras. En años recientes, el estudio de la simetría ha captado la atención de las comunidades de computación gráfica. La simetría puede facilitar el entendimiento computacional de algunas representaciones de manera visual, por lo tanto esta característica ubicua puede brindar una gran ayuda en la reconstrucción de objetos. Uno de los problemas está relacionado con la verificación y detección de la simetría en un objeto. Algunos métodos encontrados en la literatura, tales como Momentos generalizados y Curvas del eje de simetría, para poder realizar la verificación de la simetría en un objeto necesita que este posea una estructura completa, dejando de esta manera inaplicable estos métodos para la reconstrucción de restos arqueológicos. Otro problema encontrado es el recurso computacional que se necesita para realizar los cálculos, debido a que se componen de pasos muy complejos computacionalmente. Además, al ser algoritmos complejos, estos pueden poseer un tiempo de ejecución mayor a 15 minutos, siendo esto un factor negativo debido a que se espera que la reconstrucción de los objetos arqueológicos sea interactiva y rápida.Desde el punto de vista de los arqueólogos, el proceso de reconstrucción de objetos arqueológicos de manera manual puede tomar varios días. Sumado a esto, en la mayoría de los casos, la reconstrucción no es precisa, porque se realizan muchas maquetas hasta obtener un modelo final con la posible reconstrucción del objeto. Existen distintos métodos como alternativa para el tratamiento de reconstrucción de objetos, claro que la precisión dependerá de qué tan completo se pueda tener a estos. En el presente proyecto de fin de carrera se pretende plantear una interfaz gráfica en la cual el usuario pueda interactuar con el método extraído de aproximación de detección de simetrías en Mallas 3D (Sipiran, Gregor, & Schreck, 2014). Como objetivo se busca reducir el campo de análisis del método anteriormente mencionado, por lo cual se plantea el uso de una interfaz gráfica para la interacción entre el usuario con el uso de una herramienta OpenGL, para de esta manera reducir el tiempo de respuesta que presenta este método. Esta reducción se realizó con la interacción que brindó el usuario usando la interfaz gráfica, donde el usuario podrá brindar información indicando dónde es posible que se encuentren los ejes de simetría o planos de simetría que servirán como entrada para el método a utilizar para la reconstrucción de los objetos arqueológicos.