Interactive Animation and Modeling by Drawing -- Pedagogical Applications in Medicine
Résumé
Medicine is a discipline where visualization is an essential component of learning. However, the three-dimensional, dynamic structure of the human body poses difficult teaching challenges. There is a need for truly interactive computer tools that will enable students to create and manipulate computer models, not just watch them. We propose different approaches with that goal in mind. We were first interested in interactive physically-based animation of anisotropic elastic materials. One possible application scenario is an anatomy course on heart physiology where students can build interactive samples of cardiac muscular tissue. To achieve this, our model exhibits two key features. The first one is a low computational cost that results in high frame rates; the second one is an intuitive \emph{system image} that ensures easy control by the user. Next, we were interested in interaction in three dimensions using two-dimensional input, either for annotating existing models, or for creating new models; taking advantage of the fact that drawing practice is still considered a fundamental learning method by some anatomy teachers in the French medical school curriculum. Our 3D drawing system has a stroke representation that enables drawing redisplay when the viewpoint changes. Moreover, this representation can be mixed freely with existing polygonal surfaces for annotation purposes. In contrast, our modeling by drawing tool uses information from both stroke geometry and the drawn image, to allow three-dimensional modeling without explicit depth specification.
La compréhension et la mémorisation de données visuelles sont une part importante de l'apprentissage des étudiants en médecine. Cependant, la nature tridimensionnelle et dynamique du corps humain pose de nombreux problèmes. Leur solution nécessite de véritables outils informatiques interactifs pour permettre aux étudiants de créer et de manipuler des données complexes. Nous proposons dans ce but plusieurs approches. Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à l'animation par modèles physiques de matériaux élastiques anisotropes. Son utilisation pendant un cours d'anatomie physiologique du myocarde offre la possibilité aux étudiants de construire des échantillons de tissu musculaire cardiaque. Pour atteindre cet objectif, notre modèle présente deux caractéristiques importantes : la première est un faible coût en temps de calcul afin atteindre un affichage interactif ; la seconde est une apparence intuitive qui facilite son contrôle par l'utilisateur. Ensuite, nous nous sommes intéressés à l'interaction en trois dimensions à l'aide d'interfaces bidimensionnelles, en vue de l'annotation de modèles existants, ou de la création de nouveaux modèles. Cette approche tire parti du fait que le dessin est encore considéré comme une importante méthode d'apprentissage par certains professeurs français d'anatomie. Notre système de dessin 3D possède une représentation des traits de l'utilisateur qui permet l'affichage d'un même dessin sous plusieurs points de vue. Cette représentation est d'ailleurs compatible avec celle de surfaces polygonales existantes, qui peuvent ainsi être annotées. De manière complètement différente, notre outil de modélisation par le dessin utilise conjointement les informations provenant de la géométrie des traits et de l'analyse de l'image produite, afin de créer des modèles en trois dimensions sans passer par une spécification explicite de la profondeur.
Domaines
Modélisation et simulation
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