VISUALIZACIÓN CIENTIFICA AVANZADA EN TIEMPO REAL.

En las últimas décadas, la ciencia y la tecnología han progresado a ritmo acelerado, brindando a los investigadores y expertos de diferentes campos la posibilidad de utilizar instrumentos que simplifican el estudio de fenómenos complejos. Una de estas herramientas es la visualización científica avanzada en tiempo real, la cual emplea simulaciones interactivas en 3D para ilustrar datos de forma clara y dinámica.

             Realidad Virtual 

No hay una definición “oficial” de lo que realmente es la realidad virtual. Por eso, el término RV se ha utilizado para describir una amplia gama de desarrollos tecnológicos, desde videojuegos hasta películas en 3D, lo que ha llevado a que muchas personas no comprendan del todo qué es la RV. Una buena forma de definirla, que ayude a diferenciar la realidad del mito, podría ser la siguiente. 

(según Roehl, 1996): “La Realidad virtual es una simulación de un entorno tridimensional creada por computadoras, donde el usuario puede tanto ver como interactuar con los elementos de ese entorno”. Los puntos clave de esta definición son: la RV es una simulación generada por computadoras, es tridimensional (3D) y, lo más importante, es interactiva.  En otras palabras, la realidad virtual, también conocida como un entorno virtual, es una simulación 3D en computadoras que ofrece información sensorial (como visión, sonido y más), con el fin de que el participante sienta que está en un “lugar específico”.

Puedes experimentar un entorno virtual utilizando una computadora personal común y algunos dispositivos de hardware especializados: una tarjeta gráfica 3D, una tarjeta de sonido 3D, un visor montado en un casco, un guante sensible, un localizador – seguidor 6D, entre otros. También es necesario contar con software diseñado específicamente para manejar los datos del entorno virtual. Desde un punto de vista técnico, la RV es una forma de visualizar, manipular e interactuar con computadoras y datos que son extremadamente complejos.

            Realidad aumentada 

La realidad aumentada se refiere a la incorporación en tiempo real de información digital al entorno de una persona. Esta tecnología añade contenido al mundo físico, mejorando la forma en que el usuario percibe la realidad en lugar de sustituirla. Los dispositivos de realidad aumentada cuentan con cámaras, sensores y pantallas. Esto incluye smartphones y tabletas que ofrecen experiencias de realidad aumentada en movimiento, así como dispositivos portátiles como gafas inteligentes y cascos. Estos aparatos registran el entorno físico y luego combinan contenido digital, como modelos 3D, imágenes o videos, en la escena, fusionando los mundos digital y físico. 

La realidad aumentada opera a través de la utilización de dispositivos con cámara, como gafas inteligentes o pantallas que se ven de frente.  Los gadgets móviles, como iPads o iPhones, que ya tienen tecnologías como GPS, acelerómetros y sensores, son muy compatibles con las aplicaciones de realidad aumentada, lo que puede hacer que esta tecnología sea más fácil de usar para el público general. En los años recientes, diversas compañías de tecnología han introducido API, como ARKit de Apple y Arcore de Google, que simplifican la creación de aplicaciones móviles de realidad aumentada para Android e iOS. 

Visualización científica avanzada en el ámbito de la medicina. 

El progreso y adopción de la visualización en 3D en la educación médica ha experimentado un crecimiento sostenido en los últimos diez años. Conforme las tecnologías de impresión y modelado en 3D han progresado, su incorporación en los programas de anatomía y fisiología ha sido inevitable.

El auge de la investigación 3D en la visualización médica. 

Ahora, los alumnos tienen la posibilidad de interactuar con modelos de estructuras anatómicas humanas con gran precisión, en vez de confiar exclusivamente en libros de texto e imágenes en 2D.Son múltiples las ventajas de los modelos 3D en la instrucción de anatomía humana compleja. Varios estudios han evidenciado que pueden potenciar la percepción espacial y el entendimiento de las relaciones anatómicas en los alumnos. La habilidad para manejar de manera física una estructura ofrece un aprendizaje práctico vital. 

• La identificación de órganos concretos del paciente a través de exámenes médicos también brinda un grado de personalización nunca antes visto para la planificación preoperatoria.
• Conforme los alumnos se desarrollan en un mundo crecientemente digital, la interactividad y el carácter visual de los modelos 3D se ajustan a sus gustos de aprendizaje.
• En términos generales, la visualización en 3D está revolucionando la educación médica al posibilitar un aprendizaje más envolvente y táctil de conceptos complicados. Esto puede acelerar la retención y el entendimiento del saber. Conforme la tecnología sigue progresando, es posible que los modelos de entrenamiento en 3D se transformen en un componente esencial en los programas de estudio de medicina, en vez de ser una innovación. 

Cella medical solutions 

Caso sobresaliente: Cella – Innovación tecnológica al servicio de la cirugía a través de la tecnología  

Un caso ilustrativo del empleo de modelos 3D personalizados en el sector médico es Cella, una empresa líder en España que colabora de cerca con hospitales y cirujanos para optimizar el cuidado del paciente. Su filosofía se fundamenta en la cooperación y la constante innovación, comprendiendo que cada elección médica refleja una vida que merece lo mejor. Cella elabora modelos anatómicos tridimensionales que facilitan a los equipos médicos la planificación de intervenciones complejas, la simulación de intervenciones quirúrgicas y la mejora de la exactitud de los procesos.n la ciencia medica. 

         

 Presente y futuro de la visualización cientifica en la ciencia medica 

La visualización y las simulaciones 3D se vuelven más comunes en la capacitación médica, pero aún no están en todas partes porque pueden ser caros y complicados para encajar en los programas de capacitación. En los puntos superiores, tenemos simulaciones quirúrgicas utilizando modelos 3D de órganos y tejidos. Estos ejercicios simulados permiten que los cirujanos ensayan procedimientos difíciles una y otra vez antes de que realmente los hagan en personas reales, lo que significa mejores resultados, cirugías más rápidas y menos peligro.

Además, los modelos 3D nos permiten hacer pruebas personalizadas para cada persona, utilizando sus propios escaneos médicos. Incluso con todos estos progresos, en la mayoría de las escuelas de medicina, los modelos 3D son un poco solo para el espectáculo, no realmente para el aprendizaje práctico, sino con los costos de caída y las escuelas ajustando sus cursos, los modelos 3D probablemente se harán cargo de los libros de texto como la anatomía para aprender.  

Parece que la realidad virtual y aumentada será la próxima gran cosa en las simulaciones quirúrgicas de capacitación médica en 3D en RV son súper realistas e inmersivas, y la AR nos permite colocar una anatomía real del paciente en la parte superior, lo que hace que las imágenes sean más detalladas que nunca. Estos técnicos son súper prometedores: hacen que aprender sea más práctico y adaptado a cada persona, al tiempo que aumentan los resultados clínicos al simular los procedimientos con el modelado 3D de alta precisión, aún es bastante nuevo, pero ya se perfila como un cambio de juego en la capacitación médica. 

  Visualización científica avanzada en el ámbito de la meteorología. 

La avanzada visualización científica en el campo de la meteorología posibilita la representación gráfica de datos meteorológicos complejos, simplificando el entendimiento y estudio de fenómenos como las tormentas, los patrones climáticos y la calidad atmosférica. Estas técnicas emplean instrumentos como superordenadores y programas especializados para convertir datos en imágenes interactivas y modelos 3D, optimizando la predicción y el proceso de toma de decisiones.  

Visualización de datos geoespaciales aplicada a la meteorología 

Diehl, Alexandra. “Visualización de datos geoespaciales aplicada a la meteorología” . (2016). Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. 

El trabajo de Diehl trata sobre la creación de instrumentos eficientes para representar,  y examinar datos geoespaciales que tienen una referencia geográfica, provienen de fuentes amplias y diversas.

Facilitan al usuario la identificación de irregularidades, la detección de fallos en los modelos numéricos a través de un procedimiento ágil.Además, examinamos la incorporación de tecnologías relacionadas con videojuegos y la visualización científica.Nuestro diseño fusiona métodos de visualización y tecnologías de videojuegos de alta gama, especialmente simuladores de vuelo.

Expone las ventajas que esta integración puede brindar para la interacción con información geoespacial, a través de la creación de un modelo de datos particular yun visualizador 3D de escenarios topográficos e información climática.

Analizamos la factibilidad y eficacia de nuestras estrategias a través de diversos estudios de caso elaborados en estrecha cooperación con meteorólogos y especialistas en el campo.Esta evaluación se llevó a cabo a través de un enfoque iterativo y participativo. Los hallazgos de este estudio generarán nuevas posibilidades de investigación. 

Modelado geológico en 3D. 

La geología, históricamente vinculada al trabajo en terreno, ha sufrido un cambio drástico debido a la digitalización y la visualización sofisticada. Modelos 3D de erupciones, averías y estructuras geológicas facilitan el análisis y compartir datos con un nivel de precisión previamente inimaginable. 

Caso V3Geo: Representaciones virtuales para las geociencias 

V3Geo es una base de datos dedicada a la difusión de modelos virtuales 3D en el seno de la comunidad de geociencia. Incluye cientos de eventos y modelos geológicos de excelente calidad, todos geolocalizados y acompañados de metadatos. 

• Sus rasgos más destacados incluyen: 

• Patentes Creative Commons para aplicaciones educativas, de investigación y laborales. 

• Realización en línea sin restricciones de tamaño. 

• Metadatos geológicos para estudio científico. 

• Lugares privados para iniciativas privadas. 

           Visualizaciones cientificas usando GPU 

La visualización científica utilizando GPU consiste fundamentalmente en utilizar la inmensa capacidad de cálculo de las tarjetas gráficas. Los cuales no solo son útiles para videojuegos sino para ilustrar datos complejos de manera rápida, interactiva y en directo. 

Aunque una CPU convencional posee escasos núcleos de gran potencia, una GPU dispone de miles de núcleos más sencillos en paralelo, ideal para gestionar millones de operaciones matemáticas y gráficas al tiempo. Esto es crucial cuando nos referimos a simulaciones en 3D, análisis climáticos, modelos de salud o investigaciones geológicas que producen grandes cantidades de información. 

Esta potencia nos permite: 

• Movilizar y examinar grandes modelos 3D sin que se congele. 
• Actualización inmediata de las visualizaciones cuando se modifican los datos, algo crucial en tiempo real (como en una operación guiada por imágenes.
•  Examinar patrones y irregularidades en amplios datasets sin la necesidad de esperar horas a que el software realice el proceso. 
  

Hoy existen herramientas de código abierto como Datoviz que permiten a investigadores trabajar con millones de puntos y volúmenes de datos con total fluidez.

También hay plataformas comerciales como NVIDIA IndeX u Omniverse. Estas plataformas que llevan esta tecnología a entornos colaborativos donde varios expertos pueden explorar el mismo modelo simultáneamente, aunque estén en distintas partes del mundo. 

Incluso en áreas altamente especializadas, como la astronomía, se han creado algoritmos que utilizan CUDA. Ejemplos como Splotch ilustran cómo se puede representar visualmente. 

Créditos

Autor : Didier Ibarguen Mosquera

Editor: Angel David Ramirez Alvarez – Mg. Carlos Iván Pinzón Romero

Código: CG- 20252

Universidad Central

Fuentes

Buckley, S. J., et al. (2022). V3Geo: a cloud-based repository for virtual 3D models in geoscience. Geoscience Communication, 5, 67–82. https://gc.copernicus.org/articles/5/67/2022/ 

Diehl, Alexandra. (2016). Visualización de datos geoespaciales aplicada a la meteorología. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6053_Diehl 

El País. (2025, 3 de marzo). De una feria de comercio a cirugías avanzadas: el proyecto pionero de impresión 3D en medicina. https://n9.cl/cacl0 

Escartín, E. R. (2000). La realidad virtual, una tecnología educativa a nuestro alcance. Pixel-Bit. Revista de Medios y Educación, (15), 5-21. https://shorturl.at/bsiJo 

IWConnect. (2023, 22 de septiembre). The Role of 3D in Medical Training and Simulations. 

 Narváez Moreno, C. A., & Maureira Moreno, V. (2024). Eficacia de los modelos impresos en 3D en entrenamiento quirúrgico. Revista Colombiana de Anestesiología. https://www.revcolanest.com.co/index.php/rca/article/download/1133/2498/4341 

Schäfler, A. (2023). Interactive 3D Visual Analysis of Weather Prediction Data. Bulletin of the American Meteorological Society, 104(8). https://n9.cl/gf9ps 

Linea de tiempo: Computación gráfica.