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CIS1530AP06Herramienta de moldeado pulmonar

Rodolfo Verjel Alonso

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANAFACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA DE SISTEMASBOGOTÁ, D.C.

2016

Memoria de Trabajo de Grado – Aplicación practica

CIS1530AP06Herramienta de moldeado pulmonar

Autor(es):

Rodolfo Verjel Alonso

MEMORIA DEL TRABAJO DE GRADO REALIZADO PARA CUMPLIR UNO DE LOS REQUISITOS PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO DE SISTEMAS

Director

Ing. Gabriel Eduardo Ávila Buitrago

Jurados del Trabajo de Grado

Ing. Andrea del Pilar Rueda Olarte Msc. Phd.Ing. Laura Juliana Cortés Rico Msc.

Página web del Trabajo de Grado

http://pegasus.javeriana.edu.co/~CIS1530AP06


CARRERA DE INGENIERIA DE SISTEMASBOGOTÁ, D.C.

6, 2016

Página iPreparado por el Grupo Investigación Istar- Versión 1.0 – 12/03/2008



CARRERA DE INGENIERIA DE SISTEMAS

Rector Magnífico

Jorge Humberto Peláez Piedrahita, S.J.

Decano Facultad de Ingeniería

Ingeniero Jorge Luis Sánchez Téllez

Director de la Carrera de Ingeniería de Sistemas

Ingeniero Germán Alberto Chavarro Flórez

Director Departamento de Ingeniería de Sistemas

Ingeniero Rafael Andrés González Rivera

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Artículo 23 de la Resolución No. 1 de Junio de 1946

“La Universidad no se hace responsable de los conceptos emitidos por sus alumnos en sus proyectos de grado. Sólo velará porque no se publique nada contrario al dogma y la moral católica y porque no contengan ataques o polémicas puramente personales. Antes bien, que se vean en ellos el anhelo de buscar la verdad y la Justicia”

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco a toda mi familia que me apoyó y creyó en mí en estos años de carrera. Agradezco a los profesores que contribuyeron en mi formación académica y me ayudaron a completar este trabajo de grado.

Agradezco a mis compañeros de carrera que me apoyaron para lograr terminar con éxito la carrera.

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CONTENIDO

CONTENIDO...............................................................................................................V

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................10

I - DESCRIPCIÓN GENERAL................................................................................11

1.1. OPORTUNIDAD, PROBLEMÁTICA, ANTECEDENTES..........................................11

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA QUE SE RESOLVIÓ...........................................11

1.3. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA........................................................................12

1.4. IMPACTO ESPERADO.........................................................................................13

1.5. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO..........................................................................13

1.6. OBJETIVO GENERAL..........................................................................................13

1.7. OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................14

1.8. METODOLOGÍA.................................................................................................14

1.9. FASE METODOLÓGICA 1...................................................................................14

1.10. MÉTODO...........................................................................................................14

1.11. ACTIVIDADES...................................................................................................14

1.12. RESULTADOS....................................................................................................15


1.14. METODOLOGÍA.................................................................................................15

1.15. ACTIVIDADES...................................................................................................15

1.16. RESULTADOS ESPERADOS................................................................................15


1.18. METODOLOGÍA.................................................................................................16

1.19. ACTIVIDADES...................................................................................................16

1.20. RESULTADOS ESPERADOS................................................................................16

II – MARCO TEÓRICO...........................................................................................16

2.1. MARCO CONTEXTUAL......................................................................................16

Página vPreparado por el Grupo Investigación Istar- Versión 1.0 – 12/03/2008


2.1.1. DETECCIÓN TEMPRANA................................................................................16

2.1.2. RADIOLOGÍA.................................................................................................17

2.1.3. ITK...............................................................................................................18

2.1.4. VTK.............................................................................................................18

2.1.5. UNITY 3D.....................................................................................................18

2.1.6. SELECCIÓN DEL AMBIENTE DE DESARROLLO...............................................18

2.2. MARCO CONCEPTUAL......................................................................................18

2.2.1. SERIOUS GAMES...........................................................................................19

2.2.2. GAMIFICATION.............................................................................................20

2.2.3. PUNTOS.........................................................................................................20

2.2.4. NIVELES........................................................................................................22

2.2.5. TABLAS DE CLASIFICACIÓN..........................................................................23

2.2.6. MEDALLAS...................................................................................................24

2.2.7. ONBOARDING...............................................................................................25

2.2.8. RETOS Y MISIONES.......................................................................................25

2.2.9. CICLOS DE COMPROMISO SOCIAL.................................................................26

2.2.10. NARRATIVA..................................................................................................27

2.2.11. RECOMPENSAS..............................................................................................27

2.2.12. PERSONALIZACIÓN.......................................................................................28

2.2.13. PRESIÓN DEL TIEMPO....................................................................................28

2.2.14. TIPOS DE USUARIOS......................................................................................28

2.2.15. CROWDSOURCING........................................................................................31

2.2.16. MONETIZACIÓN............................................................................................32

III – DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN.............................................................34

3.1. ANÁLISIS..........................................................................................................34

3.1.1. TÉCNICAS DE GAMIFICATION POR USUARIO.................................................34

3.1.2. INCENTIVOS EN CROWDSOURCING................................................................41

3.1.3. APLICACIÓN DE MONETIZACIÓN...................................................................42

3.2. DISEÑO.............................................................................................................42

3.2.1. DISEÑO DE INTERFACES................................................................................42

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3.3. LEVANTAMIENTO DE REQUERIMIENTOS...........................................................44

3.3.1. DEFINICIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS FUNCIONALES..................................44

3.3.2. DEFINICIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS NO FUNCIONALES............................45

3.3.3. PRIORIZACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS.....................................................45

3.4. DISEÑO DE LA ARQUITECTURA.........................................................................48

3.4.1. ARQUITECTURA OVERVIEW..........................................................................48

3.4.2. CASOS DE USO..............................................................................................48

3.4.3. DIAGRAMAS DE FLUJO..................................................................................49

3.5. PROTOTIPO.......................................................................................................50

3.5.1. IMÁGENES.....................................................................................................52

3.5.2. SPLINES........................................................................................................52

3.5.2.1.1. ACCIONES DEL SPLINE............................................................................53

3.5.3. GAMIFICATION.............................................................................................54

3.5.3.1. TABLAS DE CLASIFICACIÓN..........................................................................54

3.5.3.2. ONBOARDING...............................................................................................54

3.6. PRUEBAS...........................................................................................................55

3.6.1. PRUEBAS UNITARIAS....................................................................................55

3.6.2. PRUEBAS DE INTEGRACIÓN...........................................................................56

VI – RESULTADOS..................................................................................................58

VI – CONCLUSIONES.............................................................................................58

6.1. ANÁLISIS DE IMPACTO DEL DESARROLLO.......................................................58

6.2. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO...............................................................59

6.2.1. CONCLUSIONES.............................................................................................59

6.2.2. TRABAJO FUTURO.........................................................................................60

IV- REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA...............................................................61

IV - ANEXOS.............................................................................................................64

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ABSTRACT

The purpose of the thesis is to propose a tool to help accelerate the validation of segmentation algorithms. Combining the tool with gamification and monetization techniques that encourage users to contribute data in their spare time. In addition, incentives are proposed in order to attract a lot of users using the method of crowdsourcing.

RESUMEN

Se propone una herramienta que ayude a la aceleración de la validación en algoritmos de segmentación. Combinando la herramienta con técnicas de gamification y monetizacion que motiven a los usuarios a aportar datos en su tiempo

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libre. Además, se proponen incentivos para lograr atraer una gran cantidad de usuarios usando el método de crowdsourcing.

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INTRODUCCIÓN

En medicina la detección temprana de enfermedades en los pacientes en un tema importante, ya que al detectar y tratar una enfermedad de manera temprana y eficiente podría salvarle la vida a una persona. Dada la importancia es necesario que un médico identifique y valide si la enfermedad existe y el tipo de enfermedad de la manera más rápida posible.

Para la detección de ciertas enfermedades un médico debe examinar una serie de imágenes de una zona del cuerpo, por ejemplo el tórax, y de esta manera mirar la parte de la cual se busca detectar la enfermedad.

Desde hace un tiempo se han venido desarrollando diferentes soluciones para acelerar la detección de enfermedades. Una de las soluciones que se están utilizando son los algoritmos de segmentación. Por medio de la segmentación se divide una imagen en varios objetos o partes cambiando la forma de visualizarla. Usando la segmentación los algoritmos toman una serie de imágenes del cuerpo y generan un modelo en 3D de una parte en específico.

Los algoritmos de segmentación al generar el modelo en 3D de la parte del cuerpo permiten a un médico visualizar de forma más sencilla la parte del cuerpo y las posibles enfermedades, pero los algoritmos tienen un margen de error y al generar el modelo en 3D este puede contener una gran cantidad de incertidumbres que pueden confundirse con enfermedades (P. Jannin, 2002). Para verificar que los modelos son generados correctamente son revisados por un experto el cual puede llegar a ser muy costoso y puede demorar mucho tiempo.

Para acelerar el proceso primero se usa una herramienta la cual permite al usuario moldear un pulmón a partir de una serie de imágenes médicas. Segundo una vez el usuario realice su modelo se recolectará la información y con esta se realizará un promedio de todos los modelos creados de una misma serie de imágenes. Por último el modelo promediado de todos los usuarios se compara con el resultado de un algoritmo, de esta forma se valida el algoritmo de segmentación.

En el siguiente documento se propone una solución para acelerar el proceso de validación uniendo una herramienta con diferentes métodos para atraer una gran cantidad de usuarios. De esta forma se crea un sistema que servirá como base para acelerar el proceso de validación de diferentes partes del cuerpo y pacientes.

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Preparado por el Grupo Investigación Istar- Versión 1.01 – 12/03/2008


En el documento también se mostrarán los métodos seleccionados, los objetivos planteados (generales y específicos), el proceso que se llevó a cabo y los resultados.

I - DESCRIPCIÓN GENERAL

1.1. Oportunidad, Problemática, Antecedentes

En medicina para analizar diferentes partes del cuerpo un radiólogo utiliza una serie de imágenes tomadas del paciente. Para ayudar a la visualización de las imágenes se utilizan los algoritmos de segmentación (H. P. Ng, 2006), los cuales a partir de la serie de imágenes del paciente generan un modelo en 3D de la parte del cuerpo que se quiere visualizar de forma más detallada.

El problema se encuentra en la validación de los objetos generados por los algoritmos de segmentación, dado que es muy complejo validar clínicamente estos algoritmos debido a la gran cantidad de incertidumbres generadas en el proceso de adquisición (P. Jannin, 2002) (por ejemplo el movimiento del paciente en el proceso de adquisición de una tomografía). Otra consideración a tener en cuenta es que resulta más complicado para un médico analizar una serie de imágenes en 2D que solo un modelo en 3D.

Para validar los objetos generados por los algoritmos se requiere de un experto que revise el modelo y pueda diferenciar un error del algoritmo con una enfermedad que tenga el paciente. La validación por el experto puede tomar mucho tiempo y puede llegar a ser muy costoso. Debido a esto es donde se encuentra la oportunidad.

1.2. Formulación del problema que se resolvió

Lo que se buscó con el trabajo de grado fue crear una herramienta que funcione como base para apoyar el proceso de validación de los algoritmos de segmentación.

Para ayudar a la validación de los algoritmos se requiere de una gran cantidad de información recolectada con ayuda de usuarios inexpertos que, luego de ser entrenados por la herramienta, verifiquen la información que se presenta en cada una de las imágenes del cuerpo para poder lograr generar un modelo en 3D correcto.

Con la ayuda de usuarios inexpertos la herramienta debe ser divertida implementando diferentes métodos y técnicas con las que se puede atraer y

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mantener un número de usuarios. Algunas técnicas que permiten lograr el propósito de diversión y compromiso con la herramienta pueden ser:

El CrowdSourcing: Consiste en utilizar un conjunto de usuarios para aprovechar su talento y conseguir trabajo a menor costo (J. Howe, 2006). Con este método se puede extraer una gran cantidad de información.

Gamification: En español ludificación Consiste en adaptar algunos elementos de los videojuegos en un ambiente más serio. Es necesarios analizar diferentes métodos y luego seleccionar los que mejor se adaptan a los usuarios. Por definición gamification se refiere al uso de los elementos de diseños característicos de los juegos en otros contextos (S. Deterding, Fromgame design elements to gamefulness: defining ‘gamification, 2011).

Monetización: En términos generales, la monetización es definida como “el proceso de convertir o establecer algo en la moneda de curso legal.” (investopedia, s.f.). Con este método podemos lograr obtener recursos que después pueden ser utilizados para mejorar la herramienta o como incentivo en el sistema.

Para resolver el problema la pregunta que se generó fue:

¿Cómo crear una herramienta que utilice los métodos de gamification y CrowdSourcing para poder recolectar la información necesaria para crear un modelo 3D de un pulmón válido?

1.3. Justificación del problema

Para acelerar la validación de los algoritmos de segmentación es necesario modificar la forma en que se realiza en la actualidad. Por esta razón se desea orientar la herramienta para el aprovechamiento del trabajo de múltiples personas, que con conocimientos básicos de segmentación permitan hacer esta tarea de manera más rápida y efectiva. En algunos trabajos se ha encontrado que las personas son mejores para detectar cambios en las imágenes, por tanto para segmentar mejor una imagen (S. Cooper, 2010).

Se escogió la metodología de CrowdSourcing porque está basada en aprovechar las habilidades del usuario para conseguir trabajo a menor costo o gratuito (J. Howe,2006). De esta forma acelerar el proceso de validación separando la segmentación en muchos usuarios que segmentan la imagen para luego unirla con las soluciones de los demás usuarios y generar un modelo 3D.

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Para poder obtener datos suficientes para generar un modelo lo más preciso posible se requiere que una gran cantidad de usuarios utilicen la herramienta. La forma de atraer una gran cantidad de usuario es motivándolos a usar la herramienta por medio de técnicas de gamification.

Con las técnicas de gamification se pueden agregar elementos de los videojuegos a un ambiente más serio de esta forma lograr que un usuario se divierta mientras nos ayuda a generar el modelo. Además, el método de crowdsourcing se complementa con gamification para poder atraer a más usuarios a utilizar la herramienta.

La herramienta en un principio solo creará un modelo en 3D del pulmón con las dimensiones de un pulmón real lo más exacto posible. Porque, con este se comprobará si se puede recolectar suficiente información generando un modelo funcional para validar los modelos 3D producidos por algoritmos de segmentación.

Para ahorrar tiempo y dinero cada vez que un grupo de usuarios generen un modelo este tendrá una validación final por un experto (que puede ser un profesor o un médico) y ya podrá ser utilizado para validar los diferentes algoritmos. De esta forma no es necesario enviar cada resultado del algoritmo a un experto.

A futuro se planea que la herramienta no solo recolecte las dimensiones del pulmón sino además permita a los usuarios identificar diferentes enfermedades y sean ellos mismos quienes apoyen la creación de modelos de pulmones no sanos, que al compararlo con un modelo obtenido de un algoritmo valide si este presenta alguna enfermedad.

1.4. Impacto Esperado

Se espera a futuro que la herramienta funcione como base para apoyar a los médicos en el proceso de detección de enfermedades en diferentes partes del cuerpo. Además, logrará validar diferentes algoritmos de segmentación que aún son muy difíciles de validar.

Se espera que la herramienta funcione de base para aplicaciones de mayor tamaño, las cuales agregarán métodos de aprendizaje para estudiantes de medicina. Mientras los estudiantes de medicina apoyarán el proceso de detección de enfermedades.

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1.5. Descripción del Proyecto

1.6. Objetivo general

Desarrollar el prototipo de una herramienta para la recolección de las dimensiones de un pulmón, por medio de CrowdSourcing y métodos de Gamificación orientando la herramienta a usuarios inexpertos.

1.7. Objetivos específicos1) Analizar el método de CrowdSourcing y diferentes técnicas de

gamification para adaptarlos al sistema y al tipo de usuarios

2) Entender los requerimientos del sistema

3) Diseñar la arquitectura

4) Implementar un prototipo de la herramienta

5) Validación de casos de prueba

1.8. Metodología

1.9. Fase Metodológica 1

Esta fase consiste en la obtención de la información valiosa para este trabajo de grado. La información será utilizada para definir las técnicas de gamification, para luego hacer una elección de las que mejor se adapten al funcionamiento de la herramienta.

1.10. Método

Para esta fase se realizará una investigación del material bibliográfico. Así determinar información relevante para este trabajo de grado.

1.11. Actividades

Las actividades son:

Investigación y selección de material bibliográfico de radiología

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Investigación y selección de material bibliográfico de los validación y funcionamiento de los algoritmos de segmentación

Investigación de funcionamiento y métodos usados en los juegos serios

Investigación del método de crowdsourcing Investigación de las técnicas de gamification Investigación de las técnicas de monetización Selección de una o más técnicas de gamification Selección de una o más técnicas de monetización

1.12. Resultados

Los resultados esperados son:

Fuentes relevantes para el trabajo de grado Técnicas de gamification y monetización para utilizar en la

herramienta


Esta fase consiste en el diseño y el desarrollo de la herramienta.

1.14. Metodología

Para el desarrollo de esta fase se utilizó el modelo de desarrollo de prototipos (M. F. Smith, 1991). Esto, debido a que los requerimientos no estaban bien definidos desde un comienzo. Además, como se aplicaron distintas técnicas de gamification se deben seleccionar las que mejor atraigan al usuario final.

1.15. Actividades

Las actividades son:

Diseño de interfaces de la herramienta Creación de casos de prueba Creación de requerimientos

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Diseño de la arquitectura Codificación del prototipo

1.16. Resultados Esperados


Los requerimientos de la herramienta Documentación de la arquitectura Un prototipo de la herramienta Código fuente del prototipo documentado


Esta fase consiste en realizar las pruebas de la herramienta utilizando casos de prueba controlados.

1.18. Metodología

Para cumplirlo se adaptara la fase del modelo de desarrollo de prototipos de evaluación de usuario, tomando la evaluación como pruebas realizadas con casos de prueba.

1.19. Actividades

Las actividades en esta fase son:

Creación de los casos de prueba. Ejecución de los casos de prueba en el prototipo.

1.20. Resultados Esperados


Informe del funcionamiento de la herramienta.

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II – MARCO TEÓRICO

2.1. Marco Contextual

2.1.1. Detección temprana

La detección temprana son pruebas realizadas para detectar una enfermedad antes que comiencen los síntomas. El objetivo es detectar la enfermedad en su etapa más temprana y tratable. (American College of Radiology (ACR),2013)

Las pruebas para para la detección temprana depende de la edad, el sexo y los antecedentes familiares del paciente. Entre las pruebas que se puede realizar se encuentran:

Pruebas de sangre y fluidos Pruebas genéticas en busca de marcadores genéticos heredados Exámenes por imágenes que generan imágenes del interior del

cuerpo

Los exámenes por imágenes se realizan a partir de una variedad de aparatos y técnicas dependiendo de la parte del cuerpo que se quiere examinar. Los exámenes consisten en una serie de imágenes que permiten al médico observar el interior del cuerpo del paciente en busca de indicios de una enfermedad. (U.S. National Library of Medicine, 2013)

Los exámenes de imágenes están agrupados en una rama de la medicina conocida como radiología.

2.1.2. Radiología

La radiología es una rama de la medicina que se especializa en el diagnóstico y tratamiento de una enfermedad por medio de la tecnología de imágenes (Levy, 2014).

Los tipos de exámenes con imágenes más comunes que utilizan hoy en día son:

Ultrasonido Tomografía computarizada(TAC) Resonancia magnética

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Medicina nuclear Radiografía

TAC

Tomografía Axial Computarizada, es un examen médico de diagnóstico el cual proporciona múltiples imágenes del interior de un órgano, hueso, tejidos blandos o vasos sanguíneos del cuerpo, estas imágenes son obtenidas en forma de cortes transversales lo que permite que se puedan generar imágenes 3D. Entre las exploraciones más comunes se encuentran las realizadas sobre lesiones cerebrales (ACR;RSNA, 2014).

2.1.3. ITK

ITK (Insight Segmentation and Registration Toolkit) Es un kit de herramientas open-source utilizado para la visualización y análisis de imágenes. Por lo general las imágenes son obtenidas por escaneos como DRMI o TAC.

Este kit de herramientas está desarrollado en lenguaje C++, y es multiplataforma. Su arquitectura está centrada en tubos y filtros permitiendo también el procesamiento de imágenes (ITK, s.f.).

2.1.4. VTK

VTK: (The Visualization Toolkit) Es un kit de herramientas de visualización, open-source, que permite el modelado y procesamiento de imágenes, al igual que la representación de volúmenes y la visualización.

Cuenta con un conjunto de widgets para la interacción 3D y está implementado como un conjunto de herramientas de c++.

Se basa en una arquitectura tubos y filtros permitiendo el procesamiento de las imágenes (VTK, 2015).

2.1.5. Unity 3D

Unity3D: Es una herramienta de desarrollo completamente integrada la cual provee funcionalidades para crear videojuegos y otros contenidos interactivos en 3D y 2D. Unity se basa en lenguajes orientados a eventos y utiliza los lenguajes c# y javascript para desarrollo. (Unity, s.f.) (twexa, s.f.)

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2.1.6. Selección del ambiente de desarrollo

Para el ambiente de desarrollo se seleccionó unity3D por la posibilidad de crear el prototipo para su funcionamiento web sin la necesidad de descargar o instalar programas o aplicaciones adicionales. Lo que mejora el uso de la técnica de crowdsourcing.

2.2. Marco Conceptual

2.2.1. Serious GamesJuego serio o Serious game en inglés se define como un software creado con un propósito diferente al de entretener pero tiene la estructura de un videojuego (D.Djaouti). Son usados principalmente en áreas como por ejemplo: Militar, Educación, Social, Salud (T. susi, 2007).

2.2.2. Herramientas similares EyeWire

Herramienta online la cual con ayuda de múltiples usuarios busca crear el mapa neuronal que siguen las neuronas de la retina, la idea es que cualquier persona con posibilidad de entrar a internet pueda aportar a la investigación (American, s.f.) (EyeWire - ScientificAmerican, s.f.). Funciona entregando al usuario imágenes de la parte de la neurona a analizar y el usuario determina la ruta que sigue esa neurona (Eyewire, 2013). La herramienta utiliza métodos de gamification como tablas de posiciones para determinar los usuarios que más aportan, esto es posible porque además asigna una cantidad de puntos por cada neurona que se realice.

Foldit

Un juego el cual consiste en formar cadenas proteínicas, este juego también le asigna al usuario un puntaje por cada acierto en la cadena entregada(http://www.scientificamerican.com/article/protein-computer-games-foldit/.). Le entrega al usuario una cadena deformada la cual tiene que cumplir ciertos parámetros para adaptarse mejor a su forma natural.

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Play to Cure

Genes in Space: Es un juego para móviles el cual consiste en recolectar un elemento y seguir una ruta. Los cuales representan datos genéticos de cáncer (Play to Cure: Genes in Space,s.f.). Esta es una de las aplicaciones que más utiliza gamification al mostrarle al usuario una nave la cual puede controlar para recolectar lo que ellos llaman como materia alpha.

CpPlugins

Herramienta creado por Leonardo Florez Que utiliza QT para el diseño de interfaces, ITK y VTK. La herramienta permite cargas imágenes médicas de forma eficiente y aplicar algunos filtros para mejorar la visualización. Esta herramienta se encuentra en una de sus primeras versiones.

2.2.3. Gamification

Gamification es un término general usado cada vez más en los juegos serios y campos de investigación para mejorar la experiencia y participación del usuario en los servicios como juegos serios los cuales ayudan a la investigación y a resolver problemas de mayor tamaño a diferencia de los juegos y aplicaciones comunes que solo buscan entretener al usuario. (S. Deterding, From Game Design Elements toGamefulness: Defining ‘Gamification', 2011)

La relación entre el uso de los elementos y diseños de juegos con otros contextos es un tema que se ha manejado desde hace mucho tiempo derivado de HCI, ahora los investigadores tratan de identificar patrones de diseño para poder disfrutar de los juegos en otros contextos.

Cualquier elemento de un videojuego se puede convertir en una técnica de gamification pero las más comunes son:

Puntos Niveles Tablas de clasificación Medallas Onboarding Retos y misiones Lazos de compromiso social

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Narrativa Recompensas Personalización Presión del tiempo

2.2.4. Puntos

Los puntos son un gran atractivo para los usuarios, debido a que estos son dados al usuario como recompensa por objetivos conseguidos o por ciertos comportamientos. Los puntos ayudan a un usuario a diferenciarse de los demás, por tanto aumentan la motivación en los usuarios para conseguirlos y mantenerlos(JUGO, 2013).

Los puntos son unas de las principales técnicas que se utilizan para gamification y son diseñados a partir de los siguientes 5 grupos (G. Zichermann, 2011):

Puntos de experiencia

Los puntos de experiencia (XP) son puntos que se utilizan para realizar un seguimiento del jugador, para asignarle un rango o para guiarlo. Un jugador podría ganar XP realizando cualquier tipo de acción dentro del sistema en general los XP solo incrementan y no sirven para redimirlos por algún objeto o beneficio dentro del sistema.

En algunos sistemas los XP tiene un tiempo de expiración (un mes, una semana o por día) para crear metas cíclicas o en sistemas donde el jugador deba volver a recordar el uso de sistema.

Lo más importante de los XP es que no deberedcían tener un límite aumentan tanto como el jugador use el sistema.

Puntos redimibles

Los puntos redimibles (RP) a diferencia de los XP pueden fluctuar. Los RP se utilizan para intercambiarlos por cosas. El ciclo de estos puntos consiste en que el jugador los gane y los gaste. Son manejados con la economía del juego y se les asignan nombres como: coins, bucks, cash.

Puntos de habilidad

Los puntos de habilidad son asignados al jugador al realizar tareas específicas en el sistema y pueden influir en los RP y XP.

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El jugador obtiene puntos de habilidad por hacer alguna actividad, por tanto podemos crear algunas tareas u objetivos secundarios para que el jugador invierta más tiempo en conseguirlos y por tanto utilice la herramienta más tiempo.

Puntos karma

Los puntos karma son puntos obtenidos por el jugador al calificar contenido o acciones de otros jugadores. El propósito de los puntos karma es enviarlos a otros, un jugador no obtiene ningún beneficio por guardarlos si no por compartirlos. Por ejemplo:

Cuando un jugador utiliza sus puntos karma para calificar el contenido de otro jugador y su calificación concuerda con el promedio, lo haya calificado correctamente, el jugador mejora su estatus. Cuando el jugador mejora su estatus es más confiable para la comunidad y sus calificaciones influirán más, mientras que si su calificación es incorrecta el jugador tendrá menor peso en otras calificaciones. Es más un factor de confiabilidad para poder distinguir a los usuarios. (A. Coronado,2012)

Puntos de reputación

Los puntos de reputación son obtenidos por un jugador al realizar diferentes acciones en el sistema, los puntos aumentan cuando el jugador realiza acciones correctas y disminuye al realizar acciones incorrectas. Estos puntos ayudan a comprar a los usuarios y pueden complementarse con los puntos karma, por ejemplo si un jugador recibe muchas calificaciones de otros (Puntos karma) su reputación aumentara más rápido.

2.2.5. Niveles

En gamification el diseño de niveles es diferente al diseño de niveles de un videojuego, porque en este último hay más factores que influencian la dificultad de un nivel como por ejemplo: la vida de los enemigos, el tiempo para completarlo, la cantidad de objetos a recolectar, la munición del personaje, entre otros. Mientras que los niveles en gamification son diseñados como marcadores de ayuda para diferenciar la experiencia de juego de un jugador a lo largo del tiempo. Por ejemplo un jugador que se encuentre en nivel 40 va a tener más experiencia que uno que

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este en nivel 7 por lo tanto al jugador de nivel 40 se le pueden asignar actividades más complejas.

Sin embargo entender el funcionamiento de los niveles en los videojuegos puede dar una herramienta de gran valor para diseñar niveles en un sistema de gamification. Por ejemplo en un videojuego el sistema de aumento de la dificultad de los niveles no es lineal, es decir, el aumento de puntaje requerido no es constante en cada nivel (nivel 1=100, nivel 2= 200, nivel 3= 300…) (G. Zichermann, 2011). Entonces para un sistema de gamification el aumento de dificultad de niveles tampoco será lineal esto se representa en la siguiente grafica donde se muestra el incremento de acciones que debe hacer un jugador dependiendo del nivel.

Ilustración 1. El progreso en el nivel de dificultad en los videojuegos.

2.2.6. Tablas de clasificación

El propósito de las tablas de clasificación es realizar una comparación entre los diferentes jugadores. Normalmente las tablas son una lista que muestran el nombre, puntaje total y el puesto de cada jugador en el sistema.

Las tablas de clasificación también se pueden usar para asignarle un rango a un grupo de personas, por ejemplo en los sistemas donde los objetivos son obtenidos de forma grupal y se pueden comparar con el tiempo de otro grupo.

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Las tablas de calificación pueden diseñarse de las siguientes sistemas formas (G.Zichermann, 2011):

Tablas donde no importa el puesto en el que se encuentre un jugador siempre podrá ver en qué lugar esta y el puntaje necesario para subir a la siguiente posición. En este tipo de tablas se deben acumular los puntajes de cada jugador.

Como se debe acumular el puntaje de cada jugador normalmente los puntajes se borran después de cierto tiempo por falta de actividad del jugador o para realiza ciclos en el sistema e incentivar a los jugadores a utilizarlo cada cierto tiempo. Un ejemplo de este tipo de tablas lo podemos encontrar en el serious game eyewire (Ilustración 2), donde se acumula el puntaje de cada jugador por día, semana y mes realizando ciclos de cada uno de los anteriores.

Ilustración 2. Adaptada de http://eyewire.org/ tablas de clasificación por ciclos en el serious game eyewire

Tablas de clasificación donde solo se muestra un número determinado de puestos, por ejemplo 100, donde un jugador entra a la tabla al superar el puntaje de otro sacando al jugador en la última posición de la tabla. Este diseño se utiliza cuando el jugador no tiene un puntaje acumulativo si no cada vez que juega se le asigna un nuevo puntaje.

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http://eyewire.org/


2.2.7. Medallas

Las medallas son objetos representados por letras, números o logos que representan un logro. Un jugador obtiene una medalla después de completar una actividad o seguir una serie de objetivos que se presentan en un sistema.

Las medallas pueden utilizarse para remplazar el nivel de un jugador, ya que no se le asigna un valor numérico si no una medalla que cambia dependiendo el nivel donde se encuentre. También pueden usar para diferenciar el proceso en el sistema de diferentes jugadores.

En gamification las medallas incentivan el uso de sistema al darle un objetivo al jugador ya sea porque busca obtener todas las medallas o solo disfruta cuando el sistema le informa que ganó una medalla de forma inesperada.

2.2.8. Onboarding

Onboarding es la forma en que el sistema es explicado a un nuevo jugador. Es decir cuando un jugador novato o inexperto entra por primera vez al sistema, como el sistema es explicado al jugador para ser un experto en el menor tiempo posible, que pasos debe seguir para entender el sistema y la forma en que son presentadas al usuario.

Para ejecutar onboading de forma correcta se debe tener en cuenta que:

La complejidad del sistema debe ser revelada lentamente Reforzar la experiencia del usuario positivamente Remover las oportunidades de fallar Tener en cuenta que tipo de jugador entra al sistema

Estos objetivos deben tratar de cumplirse en los primeros minutos de interacción entre el jugador y el sistema.

2.2.9. Retos y misiones

Los retos y misiones en gamification se pueden utilizar para mostrarle al jugador que puede hacer en el sistema. Luego, el jugador se divierte buscando la forma de completarlo.

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La idea al realizar un reto o una misión es presentar al jugador algo nuevo e interesante que puede intentar. También se debe tener en cuenta si el reto o la misión van a ser cumplidos por un solo jugador o de forma cooperativa.

Retos y misiones de un solo jugador

Estos retos son realizados de forma individual y normalmente recompensan al jugador con una medalla o algún objeto del juego que lo diferencie de los demás. Cuando un jugador completa un reto y obtiene su recompensa incentiva a los demás jugadores a realizar el reto, lo cual incentiva a los diferentes jugadores a utilizar el sistema.

Retos y misiones cooperativas

Normalmente son misiones o retos que deben ser completados por la comunidad y en los que todos los jugadores en el sistema pueden participar sin importar el nivel en el que se encuentren. Las misiones y retos cooperativos la mayoría de veces tienen un límite de tiempo para ser completados.

2.2.10. Ciclos de compromiso social

Los ciclos de compromiso social no son exclusivos de los videojuegos, son utilizados en muchas aplicaciones como por ejemplo twitter, consisten en técnicas utilizadas cuando un jugador deja de usar el sistema y se quiere volver a atraer la atención del jugador.

Los ciclos consisten en una seria de pasos (ver figura 3) que son:

Emoción motivadora: Es lo que atrae al jugador en un principio a usar el sistema. En el caso de twitter: la conexión con la comunidad y la posibilidad de expresarse

Acción social: El medio que utilizan los jugadores para comunicarse con otros. En el caso de twitter: cuando una persona realiza un tweet

Jugador vuelve al sistema: Esta etapa consiste en que el sistema le informa al jugador que obtuvo alguna recompensa o que alguien de la comunidad le ha enviado una solicitud. En el caso de twitter cuando se empieza a seguir o se menciona algún usuario.

Progreso o recompensa: El jugador al volver a ingresar al sistema ve reflejado los progresos o las recompensas. En el caso de twitter el usuario puede ver una lista de seguidores.

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Ilustración 3 ciclos de compromiso social adaptado de gamification by desing (G.Zichermann, 2011)

2.2.11. Narrativa

La mayoría de videojuegos tiene como parte clave la narrativa o la historia, las historias incorporan un protagonista, un antagonista y una secuencia de eventos. Contar una historia puede atrapar a un jugador más que el modo de juego.

En gamification podemos usar la narrativa contando una historia relaciona con el objetivo del sistema.

2.2.12. Recompensas

Las recompensas pueden incluir objetos, puntos, medallas o niveles entre otros. Las recompensas se utilizan para motivar al jugador para que siga utilizando el sistema.

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Según Marczewski (Marczewski, gamified, 2015) en un sistema de gamificacion existen tres tipos de recompensas los cuales son:

Recompensas al azar: Son recompensas que se dan sin que el usuario las espere, pueden darse al lograr una actividad o simplemente al ingresar al sistema.

Recompensas fijas: Son recompensas que se le otorgan de la misma forma a todos los jugadores, se dan por ejemplo a pasar el tutorial o subir de nivel.

Recompensas dependiendo del tiempo: Son recompensas que se dan en un tiempo determinado y por tiempo limitado. Por ejemplo un evento de Halloween en el que los jugadores reciben objetos especiales solo en esa fecha.

2.2.13. Personalización

La personalización en los videojuego se puede dar de distintas maneras las más utilizada es por medio de un avatar que representa al personaje principal de juego. Un jugador puede decorar y vestir un avatar de muchas maneras.

En un sistema gamificado es más difícil personalizar debido a que las opciones son menores, es más difícil agregar un avatar que se conecte con el contenido del sistema. Para gamificaion la personalización se utiliza dándole la opción al usuario de cambiar su nombre o imagen de perfil dando la oportunidad al jugador de personalizar algún contenido del sistema.

2.2.14. Presión del tiempo

Los juegos utilizan la presión de tiempo para dar la sensación de urgencia, lo que presiona al jugador obligándolo a pensar y actuar rápido.

En gamification se puede agregar presión de tiempo para darle la sensación al usuario de tener un desafío extra.

2.2.15. Tipos de usuarios

Las técnicas de gamification se utilizan dependiendo del tipo de usuarios a los que se dirija el sistema. Marczewski definió a los diferentes usuarios con el siguiente hexágono (Ver ilustración 4) llamado player and user types hexad.

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Ilustración 4: Andrzej Maczewski Player and User Types Hexad, adatado de: A player type framework for gamification design

Maczewski define seis tipos de usuarios que son (Marczewski, User Types. In EvenNinja Monkeys Like to Play: Gamification, Game Thinking and Motivational Design,2015):

Socializador: Les gusta interactuar con otros usuarios y crear conexiones sociales

Espíritus libres: motivados por la autonomía buscan crear y explorar Triunfadores: Les gusta aprender cosas nuevas y mejorar cada día, quieren

lograr retos nuevos. Filántropos: motivados por propósito y significado. Busca complacer otras

personas y mejorar la vida de otros sin recibir algo a cambio Jugadores: motivados por reconocimiento quiere ser reconocidos por el

sistema

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Revolucionarios: motivados por el cambio quieren realizar cambios en el sistema ya sean positivos o negativos. No buscan utilizar el sistema si no mejorarlo o destruirlo.

Cada tipo de usuario se puede relacionar con distintas técnicas de gamification Maczewski dice que cada tipo de usuario es incentivado de las siguientes maneras:

Socializador: incentivado por medio de tareas sociales, la competencia, el trabajo en equipo y el estatus social

Espíritus libres: incentivado por la autonomía, exploración, contenido des bloqueable, personalización y herramientas de creatividad

Triunfadores: incentivados por los retos, las misiones, el aprendizaje de nuevas habilidades y niveles

Filántropos: incentivados por un propósito, por ayudar a otros, por regalar y compartir, por recolectar y cambiar.

Jugadores: Incentivados por la recompensa, los puntos especialmente los de experiencia(XP), tablas de clasificación, medallas, economía virtual y juegos de suerte

Revolucionarios: Incentivados por el cambio, plataformas de innovación, voz y voto, herramientas de desarrollo, anonimato.

Maczewski realiza un estudio que arroja el porcentaje de la cantidad de cada tipo de usuarios que se encuentra actualmente, en la siguiente grafica se puede observar el porcentaje obtenido.

46%

19%

13%

9%8% 6%

Tipos de usuarios resultados

TriunfadoresSocializadorEspíritus libresJugadorRevolucionariosFilántropos

Ilustración 5 Grafico del porcentaje de tipo de usuarios según estudio de Macewski

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2.2.16. CrowdSourcing

En lo últimos años el concepto de crowdsourcing se utiliza como una estrategia para resolver problemas computacionales muy costosos y difíciles (Mavandadi, y otros,2012). En crowdsourcing un problema es dividido es muchas partes y cada parte es enviada a una persona, una vez cada parte es resuelta se devuelve para solucionar el problema completo.

Jeff Howe dice que el crowdsourcing funciona aprovechando las habilidades de los usuarios, ya sean expertos o inexpertos, para conseguir trabajo a menor costo o gratuito (J. Howe, 2006). De esta forma se reducen los costos y se puede conseguir una gran cantidad de datos en un menor tiempo.

Los usuarios son incentivados a participar en un sistema de crowdsourcing utilizando las siguientes motivaciones (Morris & McDuff):

Dinero: Uno de los incentivos más utilizados es el dinero, debido a que es en la mayoría de sistemas la única motivación que funciona en especial cuando la tarea es muy tediosa y aburrida para el usuario.

Interés: Esta motivación es conseguida cuando el usuario disfruta realizar una tarea contribuyendo con su tiempo de forma gratuita. Normalmente el usuario es atraído por superar un reto o porque se divierten realizando la tarea.

Reconocimiento: Muchos de los usuarios se ven motivados por la competencia para obtener el reconocimiento de sus compañeros o de otros usuarios.

Un sistema de crowdsourcing se apoya en técnicas de gamification para lograr motivar y atraer a la mayor cantidad de usuarios posibles.

2.2.17. Monetización

Un complemento que puede ayudar al desarrollo de la herramienta y a conseguir recursos extra los cuales pueden apoyar los incentivos en crowdsourcing es la monetización.

La aplicación de la monetización en el desarrollo de videojuegos, se puede ver desde dos perspectivas, la primera se centra en la relación de venta de un medio para alcanzar un objetivo del juego (micro transacciones dentro del juego), y la segunda se centra en las estrategias de marketing para captar compradores en tiendas físicas

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o en línea (Descargas Premium, Descargas parciales). De acuerdo a las pretensiones de este proyecto, sólo se tendrá en cuanta la primera perspectiva.

Ahora bien, la estrategia que tienen mayor acogida en el proceso de monetización y la cual es posible analizar para esté caso específico es Free-to play o Modelos Freemium, estrategia que sugiere que los usuarios tienen la posibilidad de jugar el juego sin costo alguno, pero pueden adquirir artículos o servicios al interior de esté.

Las siguientes son los métodos principales de ganar dinero cuando el videojuego básico es ofrecido a los usuarios de manera gratuita (T. Fields, 2014):

Vender Tiempo: Se enfoca en los usuarios que están dispuestos a gastar dinero real con tal de alcanzar los objetivos del juego, mucho más rápido y más fácil. Sin embargo, esto no limita a los demás jugadores, pues aunque avanzan de manera más lenta, comparten los mismos objetivos. Un ejemplo común de este método se presenta cuando el jugador tiene una cantidad de energía limitada durante un periodo de tiempo, al acabarse sólo le queda esperar a que se cumpla el tiempo para tener más energía u obtenerla de inmediato pagando cierta cantidad de dinero real.

Vender Bienes Virtuales: Se enfoca en usuarios que gastan su dinero real en comprar ciertos bienes que ofrece el juego, sin embargo, no compran todo lo que se ofrece en el juego, si no realizan una selección de acuerdo a su conveniencia. Un ejemplo es la compra de artículos que permiten personalizar el avatar para que esté tenga una imagen distinta o pueda utilizar mejores armas o elementos de defensa/ataque.

Cover Charge: Se enfoca en los usuarios que están dispuestos a pagar un acceso para jugar, el dinero real que invierten es transformado en dinero virtual y podrá ser utilizado libremente en el juego. Este método garantiza un ingreso mínimo de dinero de todos los participantes (jugadores) y reúne a aquellos usuarios serios que están altamente interesados en la exploración del juego.

Vender Publicidad a los usuarios: Se enfoca en el número de usuarios del juego. La idea es aprovechar el tiempo que los jugadores pasan en el videojuego y la atención que tienen sobre esté, vinculando una plataforma de anuncios. De esta manera el ingreso será generado en base a las visitas de los usuarios al anuncio publicitario. Sin embargo, es importante mencionar que aquí se considera todo tipo de publicidad (aceptada), y que es posible

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ofrecer productos sin vínculo alguno como también ofrecer otros videojuegos que generen una recompensa en dinero virtual para los jugadores que acepten dicha publicidad.

Motivar: Se enfocan en la capacidad de atracción de más usuarios, en donde no importa que el jugador no gaste dinero real, pues éste puede atraer a un usuario que lo haga y de esta forma generar una cadena de ingreso. Es aquí donde términos como “viralidad” y “crecimiento” toman mucho valor pues en base a estos se puede centrar la mecánica del juego, pues se crea la necesidad de tener que enviar solicitudes para que entre usuarios se presente una colaboración mutua para lograr los objetivos del videojuego.

III – DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN

En esta sección se presentara el desarrollo de las fases metodológicas utilizadas para resolver los objetivos propuestos anteriormente. También, se incluye el proceso de análisis, diseño y desarrollo de la solución.

3.1. Análisis

Para completar la primera fase metodológica se realiza el análisis de las técnicas de gamification y monetización. Además, del método de crowdsourcing cumpliendo con el primer objetivo específico.

Para el análisis de la herramienta primero se deben seleccionar los tipos de usuarios que usaran la herramienta. Segundo, por cada tipo de usuario se seleccionan las técnicas de gamification que mejor ayuden a motivar el uso de la herramienta. Por último se analizan los incentivos que se aplicaran para el sistema de crowdsourcing y

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de esta forma combinarlos con las técnicas de gamification seleccionadas con estos incentivos.

3.1.1. Técnicas de gamification por usuario

Para seleccionar las técnicas de gamification nos centramos en los siguientes tipos de usuarios y por cada uno se explica cómo se implementara la técnica de gamification escogida, para más información (Ver Anexo: Game Design Document):

Triunfadores:

Escogemos este tipo de usuario debido a que según el estudio Marczewski es el tipo de usuario que más se encuentra en un sistema gamificado. Para motivar a estos usuarios se seleccionaron las siguientes técnicas de gamification:

Niveles

Los niveles son asignados dependiendo la experiencia que tenga el usuario en la herramienta. Además, por cada nivel superado al usuario se le asigna un tipo de medalla. Los niveles se asignan de la siguiente manera:

Nivel principiante - tutorial:

Este nivel es para usuarios inexpertos sin ningún conocimiento de la herramienta, el usuario aprende el funcionamiento de la herramienta y los controles a partir de una imagen de un círculo.

El usuario aprende a identificar las principales partes de la imagen, los puntos que abarcan mayor parte del contorno.

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Figure 1: contorno de un círculo

Nivel intermedio

El usuario se enfrenta a una imagen de un círculo deformado, de tal forma que el usuario se dé cuenta de las diferentes curvaturas que pueden tener las imágenes. De esta forma entender mejor como es el moldeado de cada imagen.

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Figure 2: puntos importantes para crear curvas

Nivel avanzado

El usuario se enfrenta a más dificultad con un conjunto de imagines que son parecidas a un pulmón real de forma que el usuario entiende como es el contorno del pulmón.

Experto

El usuario se enfrenta a imágenes de pulmones reales. Por lo tanto, en este nivel el usuario debe tener experiencia en la herramienta suficiente para poder crear un modelo lo más cercano posible al pulmón de las imágenes.

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Figure 3: uso de splines en imágenes médicas

Socializador:

Se seleccionó este tipo de usuarios debido a que son los segundos más encontrados en un sistema gamifcado. Además, los socializadores ayudan a la herramienta atrayendo nuevos usuarios.

Tablas de clasificación – estatus social

Las tablas de clasificación se utilizan de dos formas, una para representar el puntaje total que tiene un usuario en la herramienta y la otra es para representar los mejores puntajes obtenidos por los usuarios en un modelo, las tablas funcionaran de la siguiente forma:

Tablas globales: Guardan el puntaje de todos los usuarios organizándoles de mayor a menor, en esta tabla cada usuario puede ver su puntaje y su posición actual. La tabla tiene rotaciones mensuales en las que se reinicia la

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tabla, esto para incentivar a los usuarios a ingresar cada mes a la herramienta.

Tablas por modelo: Cada modelo tiene una tabla donde muestra los mejores 100 puntajes obtenidos por los usuarios. Un usuario que no entre en la tabla por su puntaje solo lo podrá ver su puntaje máximo cada vez que entre al modelo. Esta tabla tendrá rotaciones de un mes para que los nuevos usuarios puedan incentivarse al tratar de entrar en la tabla.

Cada vez que un usuario logre ingresar a una tabla de clasificación podrá compartir su posición y puntaje con sus amigos por medio de redes sociales.

Ciclos de compromiso social

Para realizar el ciclo de compromiso social las 4 actividades se comportan de la siguiente manera:

Emoción motivadora: Apoyar la aceleración de los algoritmos de segmentación.

Acción social: Cada usuario puede enviar regalos a otros. Jugador vuelve al sistema: Cada vez que un usuario recibe un regalo es

avisado por medio de una red social. Progreso o recompensa: El usuario recibe el regalo al volver a ingresar a la

herramienta

Espíritus libres:

Personalización

La personalización se podrá hacer de las siguientes maneras: Datos el usuario: El usuario podrá seleccionar el nombre de usuario que

quiera y es el que se mostrara en las tablas de clasificación. También, el usuario podrá colocar al lado de su nombre una medalla que gano previamente.

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Avatar: El avatar será un personaje en 2D el cual un usuario puede personalizar cambiando los objetos que tiene puesto, para conseguir los objetos el usuario puede cambiarlos en la tienda o recibirlos como regalo.

Filántropos

Se seleccionaron a este tipo de usuarios debido a que están motivados por ayudar, por tanto el explicarles el propósito de la herramienta ayudara a que los usuarios aporten su tiempo para resolver el problema, las técnicas de gamification seleccionadas son:

Propósito

Explicarle a los usuarios el propósito que tiene la herramienta desde el principio motivara a los usuarios y de esta forma ayudaran aportando datos en uno o varios modelos. Para lograrlo se presentara un resumen al principio de la herramienta que trate del propósito de esta, explicándole al usuario como ayudaría en el proceso de aceleración de validación de algoritmos de segmentación.

Regalar

Entre los usuarios pueden enviarse regalos como objetos y monedas. Para esto deben ser amigos en la herramienta o alguna red social.

Jugadores

Puntos XP

Los usuarios podrán obtener puntos de XP al realiza modelos, dependiendo que tan cerca estén al promedio general. Al acumular lo puntos el usuario puede ir subiendo de nivel.

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Puntos RP

Los RP son puntos que se pueden obtener al realizar modelos o por medio de regalos de otros usuarios. Estos puntos sirven para cambiarlos por objetos para el avatar en la tienda.

Medallas

Las medallas se utilizan para recompensar al usuario una vez que logre superar algún nivel. Además, las medallas ayudaran a diferenciar a los usuarios expertos de los principiantes.

Encomia virtual

Para permitirle al usuario cambiar o gastar sus puntos RP se crea una tienda que funciona como economía virtual, donde un usuario puede comprar o cambiar sus RP por objetos para su avatar.

Revolucionarios

Los usuarios revolucionarios son muy importantes para la herramienta debido a que estos pueden ayudar a mejorar el sistema y los incentivos que utiliza, pero aún no se ha podido determinar cómo integrar técnicas de gamification que apoyen la innovación por parte del usuario o herramientas de desarrollo.

Usuarios en general

Onboarding

Para guiar al usuario por la herramienta y que aprenda a utilizarla de manera correcta, la herramienta se apoyó en el uso de niveles. Donde el primer nivel es un tutorial que le explica al usuario las diferentes partes de la herramienta y cuál es el objetivo que se quiere lograr.

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Presión del tiempo

La presión de tiempo se utiliza en conjunto de los niveles, después del nivel intermedio el usuario aprende que tiene un límite de tiempo para resolver el nivel. Además, la puntuación de nivel ahora se compone de la cercanía con el promedio general y de que tan rápido agrega los puntos. Para aplicar esta técnica se deben realizar pruebas donde se determine el tiempo que toman los usuarios para definir cuál puede ser el límite de tiempo para cada nivel.

Narrativa

En paralelo con la herramienta se contara una historia de cómo un pulmón ayuda a reconstruir a su compañero pulmón con ayuda de los usuarios. Los usuario le ayudaran al pulmón aportan información del contorno para que el pulmón pueda irse reconstruyendo.

Recompensas fijas

Los usuarios serán recompensados con diferentes partes de un rompecabezas cada vez que superen un nivel

3.1.2. Incentivos en crowdsourcing

Como crowdsourcing funciona apoyándose en las técnicas de gamification estas deben estar asociadas a las motivaciones utilizadas es crowdsourcing, para esto se utilizan las siguientes motivaciones:

Interés y reconocimiento: Para atraer el interés de los usuarios se utilizan las técnicas de gamification que son propósito, ciclos de compromiso social, regalos y el estatus social. Las técnicas funcionando de la siguiente manera:

1. Por medio de la herramienta se explica al usuario el propósito de la misma de una forma que el usuario vea interés en ayudar mientras se divierte.

2. Una vez el usuario entre a la herramienta realizara un modelo el cual le otorgara un puntaje.

3. Con el puntaje el usuario podrá entrar a tablas de clasificación lo cual le impone un reto frente a otros usuarios y llama su atención.

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4. Cuando el usuario empieza a competir con otros jugadores y logra obtener una puntación mayor, en las tablas de clasificación estará entre los primeros puestos obteniendo un estatus social.

5. Con el estatus social buscara reconocimiento entre sus amigos compartiendo su nueva posición atreves de redes sociales. Logrando de esta forma incentivar el reconocimiento de sus pares.

6. De esta forma se llegan nuevos usuarios a la herramienta siendo amigos.

7. Al final un usuario podrá mandar regalos a sus amigos, lo que lograra que los usuarios vuelvan a entrar a la herramienta y de esta forma cerrar el ciclo de compromiso social.

8. Al cerrar el ciclo se logra que los usuarios estén siempre volviendo a la herramienta y atraigan nuevos usuarios lo cual aumentaría la cantidad de datos que se pueden recolectar.

3.1.3. Aplicación de monetización

Para monetización se escoge de las técnicas freemium la técnica de vender bienes virtuales. Al crear un tienda donde el usuario pueda comprar objetos para su avatar en donde un grupo de objetos solo pueden ser obtenidos al gastar dinero real.

3.2. Diseño

Con el análisis terminado comienza la segunda fase metodología donde se realiza el diseño y desarrollo de la herramienta.

3.2.1. Diseño de interfaces

Después de analizar las diferentes técnicas de gamification se realiza el diseño de interfaces para organizar las técnicas de la mejor forma en cada una de las ventanas (Ver Anexo Game Design Document).

Una vez diseñadas las interfaces se realiza el mapa de navegabilidad, esto para saber la organización de las pantallas lo que nos ayuda a definir los requerimientos de las diferentes interfaces.

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Ilustración 6: Mapa de navegabilidad

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3.3. Levantamiento de requerimientos

Para el análisis y levantamiento de requerimientos el proyecto se basó en la definición previa de cada uno de los componentes, organizándolos por grupos de la siguiente forma:

Usuario: Grupo conformado por los usuarios definidos por Maczewski y las técnicas de gamification de cada uno

Base de datos: Se encuentran las funcionalidades necesarias para almacenar y consumir los datos de los usuarios o modelos

Experto: Grupo compuesto por la funcionalidades necesarias para que un experto pueda obtener los resultados de un o varios modelos

Interfaz: Como se conectan cada una de las interfaces basadas en el mapa de navegabilidad

Modelo: Funcionalidades necesarias para la visualización de imágenes, generación del modelo e interacción entre el usuario y el modelo

3.3.1. Definición de los requerimientos funcionales

Los requerimientos se definieron basándose en los diferentes componentes de la herramienta obteniendo el siguiente resultado dependiendo del grupo al que pertenece:

Componente Descripción

Base de datos Todos los requerimientos que están relacionados con la forma en cómo se guarda y lee la información

Gamification Requerimientos asociados a las diferentes técnicas propuestas en el documento

Usuario general Requerimientos asociados a la forma como va a interactuar el usuario con la herramienta

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3.3.2. Definición de los requerimientos no funcionales

Para la definición de requerimientos no funcionales se analizaron las restricciones de los diferentes componentes de la herramienta.

3.3.3. Priorización de los requerimientos

Para la priorización de requerimientos de gamification se tuvo en cuenta el estudio de Macewski para priorizar las técnicas de gamification teniendo en cuenta las técnicas que reúnen una mayor cantidad de usuarios. Además, se tienen en cuenta las técnicas que incentivan más a los usuarios. En la tabla tres se muestran los requerimientos de gamification más importantes.

En la tabla cuatro se encuentra la priorización de requerimientos relacionaos con la generación del modelo en 3D.

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R13El sistema debe mostrar la información de los 100 mejores puntajes de la

herramienta con el nombre de usuario y el nivel en la pantalla de clasificaciones

Usuario gamification 22/08/2015 alta

R14 El sistema debe mostrarle al usuario su posición actual, puntaje y nivel en la pantalla de clasificación Usuario gamification 22/08/2015 alta

R46 El sistema debe guardar la posición del usuario en la tabla de clasificación del nivel dependiendo de su puntaje Usuario gamification 15/10/2015 alta

R47 El sistema debe actualizar la posición del usuario en la tabla de clasificación global Usuario gamification 15/10/2015 alta

R42 El sistema debe mostrarle al usuario el objetivo de la herramienta cada vez que ingrese a la herramienta Usuario gamification 15/10/2015 media

R45 El sistema debe actualizar el avatar con los ítems seleccionados en la tienda Usuario gamification 15/10/2015 media

R50 El sistema debe incrementar los puntos de xp al usuario cuando termine un nivel Usuario gamification 7/03/2016 media

R51 El sistema debe mostrar un timer cada vez que el usuario entre a realizar un modelo Usuario gamification 7/03/2016 media

R26 El sistema debe darle al usuario monedas cada vez que termine un modelo Usuario gamification 15/10/2015 media

R29 El sistema debe darle una medalla al usuario cuando complete 50 modelos Usuario gamification 15/10/2015 media

Tabla 1: priorización requerimientos de gamification

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R1 El sistema debe cargar las imágenes de un pulmón cuando el usuario selecciona un nivel Usuario general 10/08/2015 alta

R20El sistema debe permitirle al usuario cambiar entre las imágenes de un mismo corte al poner el ratón

sobre la vistaUsuario general 22/08/2015 alta

R21 El sistema debe permitirle al usuario colocar puntos en un corte Usuario general 22/08/2015 alta

R24 El sistema debe permitirle al usuario girar la vista 3D Usuario general 22/08/2015 alta

R25El sistema debe promediar el spline al terminar un

corte Usuario general 22/08/2015 alta

R66El sistema debe permitirle al usuario agregar puntos

al spline Usuario general 20/03/2016 alta

R67El sistema debe permitirle al usuario remover

puntos del spline Usuario general 20/03/2016 alta

R68El sistema debe permitirle al usuario mover puntos

en el spline Usuario general 20/03/2016 alta

R69el sistema debe permitir al usuario cambiar entre

vistas Usuario general 20/03/2016 alta

R5 El sistema debe abrir la ventana de inicio de sesión cuando el usuario de click en el botón de iniciar sesión Usuario general 10/08/2015 media

R6 El sistema debe mostrar la pantalla de registro cuando el usuario presiona el botón de registrarse Usuario general 10/08/2015 media

Tabla 2: priorización de requerimientos

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3.4. Diseño de la arquitectura

Para la fase de diseño se revisaron los requerimientos planteados anteriormente para elaborar la arquitectura de la herramienta (Ver Anexo Software Architecture Document).

3.4.1. Arquitectura overview

En la siguiente imagen se muestra el sistema propuesto.

Ilustración 7 overview de la herramienta

3.4.2. Casos de uso

En la siguiente imagen se muestre el diagrama de casos de uso donde se muestran las diferentes interacciones que pueden realizar los actores con el sistema:

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Ilustración 8 Diagrama de casos de uso

3.4.3. Diagramas de flujo

El caso de uso más importante se explicó con el siguiente diagrama:

Crear spline: Esta funcionalidad comienza cuando el usuario decide guardar el spline creado para el corte, se debe obtener el promedio actual del corte y promediarlo con el que acaba de crear el usuario. Al final se guarda el spline y se le asigna un puntaje al usuario dependiendo de lo cerca que estuvo del promedio general.

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Ilustración 9: Diagrama de flujo crear spline

3.5. Prototipo

La herramienta se dividió en diferentes fases cada una con diferentes funcionalidades a implementar, el siguiente prototipo se realizó a partir de la primera fase, las fases se dividen como se ve en la siguiente imagen.

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Ilustración 10: fases

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3.5.1. Imágenes

Para poder utilizar las imágenes médicas o DICOM en Unity3D se convirtieron a un formato que puedo ser reconocido. El formato seleccionado fue Tif debido a una menor perdida de información.

Para cargar las imágenes se utilizó la primitiva plane de unity3D creando planos dependiendo del número de cortes o imágenes que contenga un modelo. Una vez creados los planos se cargaron los meshes3D de cada plano con la imagen en formato .tif y se organizó en un contenedor, en este caso un cubo.

Figure 4: contenedor (lado izquierdo) y vista del mesh cargado (lado derecho)

Con el contenedor cargado se creó un evento para cambiar entre los cortes y solo visualizar una imagen al tiempo, se modificó el update del contenedor haciendo que cada vez que se moviera la rueda del ratón cambiara la profundidad de los cortes.

3.5.2. Splines

Se decidió el uso de splines para la creación del contorno en cada corte después de reuniones con el Ingeniero Cesar Julio Bustacara. Para la creación de splines se utilizó la herramienta de Spline Editor (Prikhodko, 2016) del Asset Store, el editor permite crear curvas de Bézier en tiempo de ejecución. El Spline se crea a partir de varias curvas al insertar una serie de puntos.

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Figure 5: spline

3.5.2.1.1. Acciones del spline Agregar

Permite al usuario agregar un punto al spline si es el primero lo coloca en el centro de la imagen, si no lo agrega después del último punto colocado.

Remover

Quita el punto seleccionado por el usuario y conecta los puntos que se encuentran entre este.

Insertar antes

El usuario puede agregar un punto antes del punto que se encuentre seleccionado.

Insertar después

El usuario puede agregar un punto después del que esta seleccionado.

Modificar curva

Cada punto tiene dos puntos más asociados a él, cuando el usuario cambia la posición de alguno de los puntos asociados cambia el comportamiento de la curva.

Cerrar

Una vez el usuario termina de agregar puntos puede seleccionar la opción de cerrar para que el ultimo y el primer punto del spline se conecten.

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3.5.3. Gamification

3.5.3.1. Tablas de clasificación

Se realizó la tabla de clasificación por corte donde se muestra el usuario, cuántos puntos utilizo en el spline y cuánto tiempo gasto creando el spline. Esta tabla se encuentran los 100 mejores jugadores y se mide por corte, esto se refiere a que cada corte guarda una tabla.

Figure 6: pantalla nivel - tabla de clasificación por corte

Tabla de clasificación general: Esta tabla se utiliza por modelo y almacena el nombre de usuario, puntos totales colocados en cada corte y el tiempo total gastado en cada corte.

3.5.3.2. Onboarding

Se agregó el nivel principiante de esta forma el usuario tiene una introducción a la herramienta y aprende los controles básicos como: agregar puntos, cambiar de corte y cambiar las curvas.

Se realizó la introducción a la herramienta explicando al usuario cual es el propósito y los resultados que se buscan obtener, cada vez que el usuario entre al menú de inicio.

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3.6. Pruebas

3.6.1. Pruebas unitarias

Para las pruebas unitarias se realizaron pruebas con un grupo de 4 personas de entre 23 y 30 años. Las pruebas se realizaron creando splines en debug y modificándolos, los splines se creaban a partir de puntos de bezier.

Ilustración 11: Puntos de bezier en debug

Se realizaron las siguientes pruebas unitarias:

Insertar puntos al spline Remover puntos del spline Modificar el spline

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Ilustración 12: Spline en debug

Al final se verificaban los splines creados por cada persona para mirar que errores ocurrieron y cuáles fueron las mayores dificultades. Una vez recolectados los resultados se modificó el spline en modo de juegos para que los usuarios pudieran crear splines en tiempo de ejecución.

3.6.2. Pruebas de integración

Para la prueba de integración se tuvo en cuenta los casos de uso de ingresar al nivel y crear el spline. Se realizaron pruebas con 10 personas de entre 20 y 30 años.

Cada persona tenía la posibilidad de crear splines de 5 cortes diferentes, con el spline creado se almacenaba el spline el tiempo que se demoró, el corte realizado y los puntos utilizados para crear el spline.

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Ilustración 13: Pantalla de selección de corte y tabla de clasificación

Al entrar a un corte el usuario tiene la posibilidad de agregar o quitar puntos del spline y modificarlos, las curvas del spline se crean automáticamente dependiendo como se coloque la secuencia de puntos.

Ilustración 14: spline en game mode

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Una vez terminado el spline se almacenaba y actualizaban os datos de la tabla de clasificación terminando la prueba de la herramienta.

Ilustración 15: Tabla de clasificación actualizada

VI – RESULTADOS

Se obtiene una herramienta que funciona en los navegadores y no requiere realizar alguna descarga adicional de contenido, con la que uno o varios usuarios puede interactuar para:

Visualizar un modelo en su vista coronal Crear un spline de cada corte de un mismo modelo Medir el tiempo que se demoró creando un spline y compararlo en las tablas de

clasificación

Después de realizar pruebas unitarias sobre cada vista se obtuvieron los siguientes resultados:

Permitirle al usuario la creación de splines con puntos de bezier aumentaba la dificultad de creación.

Al mover los puntos en debug si no se utilizaban las flechas para seleccionar hacia que eje mover el punto este podía quedar en cualquier posición arrojando datos incorrectos en la creación del spline.

Una vez terminadas las pruebas de integración se obtuvieron como resultados:

Promedio de puntos en el corte 5 fueron 10 Promedio de puntos en el corte 6 fueron 16

VI – CONCLUSIONES

6.1. Análisis de Impacto del Desarrollo

Impacto Disciplinar: Se propone una nueva forma de crear un seriuos games, que puede funcionar como base para crear nuevas aplicaciones o herramientas combinado crowdsourcing, gamifciation y monetización.

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Impacto Social: Con la herramienta en el futuro se acelerara la validación de los algoritmos de segmentación, detectando enfermedades en sus primeras etapas de forma más precisa.

Impacto Tecnológico: En el área tecnológica se propone una base para que en un futuro se puedan conectar los serious games con otro tipo de técnicas de gamification lo que permita agregar más tipos de dispositivos que llamen más el interés del usuario y logren aportar más datos. También, se propone una forma de acelerar el proceso de validación de los algoritmos de segmentación, con lo que a futuro se pueden explorar nuevas formas y partes del cuerpo para ayudar con la validación.

Impacto Económico: Los resultados y la herramienta propuestos son libres y su creación no tiene costo. Pueden ser utilizados ya sea por desarrolladores o médicos que busquen nuevas soluciones a menor costo y también pueden ser utilizados combinándose con las técnicas de monetización creando herramientas que le otorguen ganancias a su desarrollador.

6.2. Conclusiones y Trabajo Futuro

6.2.1. Conclusiones

Implementar un serious game que logre atraer y mantener un número constante de usuarios que aporten la suficiente información para poder obtener los resultados deseados es complicado, principalmente en temas de investigación debido a que es difícil crear herramientas fáciles de utilizar para los usuarios y al mismo tiempo se puedan conectar con técnicas de gamification que logren divertir al usuario. En este documento se organizó una investigación de diferentes técnicas de gamification que aunque no se utilizan comúnmente en serious games, relacionados con investigaciones médicas, se analizaron y organizaron de tal forma que tengan conexión entre cada una y estén relacionadas con el tema de la creación del modelo del pulmón. Con la investigación y el análisis de gamification se integra la investigación de crowdsourcing, donde se detectan los incentivos que se utilizan en estos sistemas los cuales se conectan con gamification. Una vez realizada la investigación se realizó el análisis en que se organizaon las técnicas de gamification de tal forma que puedan atraer la mayor cantidad de usuarios y de esta forma se logra el primer objetivo propuesto.

Organizadas las técnicas de gamification y los incentivos en crowdsourcing por tipo de usuario se revisaron las funcionalidades requeridas por la herramienta para que un usuario

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pueda agregar sus puntos y definir un contorno, una vez definidas las funcionalidades se realizó el proceso de creación de los requerimientos ya entendiendo las necesidades del sistema cumpliendo el segundo objetivo.

Se establecieron unas pautas que determinan el funcionamiento del sistema organizando los diferentes componentes del sistema. Creando la arquitectura del sistema cumpliendo con el tercer objetivo.

Finalmente se realizó la implementación de 4 casos de uso probando su funcionalidad a partir de las experiencias del usuario con la herramienta cumpliendo el último objetivo propuesto.

Después de realizar las pruebas se concluyó que los usuarios podían poner una gran cantidad de puntos en un spline en vez de crear una solo curva. También que utilizar la presión de tiempo no es una de las mejores técnicas de gamification que se pueden utilizar debido a que los usuarios intentan terminar en el menor tiempo posible y pueden no ser muy precisos al colocar los puntos.

6.2.2. Trabajo futuro

A futuro se pueden realizar las siguientes fases propuestas en el documento para implementar una herramienta más completa. También, se planea realizar pruebas utilizando las técnicas de monetización para recolectar recursos adicionales que pueden ser usados para incentivar a los usuarios pagándoles para ayudar a resolver más tipos de modelos. Además de agregar más partes del cuerpo, medallas, desafíos y crear una tienda con más contenido que atraiga más la atención de los usuarios.

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IV- REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA

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IV - ANEXOS

Anexo 1. Software Requirement Specification (SRS) Anexo 2. Software Architecture Definition (SAD) Anexo 3. Requerimientos Anexo 4. Game Design Document Anexo 5: Mapa de navegabilidad

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