\chapter{GENEL BİLGİLER}
\label{ch:genel_bilgiler}

\section{Giriş}
\label{sec:giris}

Diş hekimliği, hasta sağlığı üzerinde doğrudan ve kritik etkisi bulunan; yüksek düzeyde el-göz koordinasyonu, anatomik hassasiyet ve klinik deneyim gerektiren tıbbi bir uzmanlık alanıdır. Periodontal tedavinin temel prosedürlerinden biri olan diş taşı temizliği (detertraj/scaling), öğrencilerin klinik pratiğe başlamadan önce derinlemesine beceri kazanmasını zorunlu kılmaktadır. Geleneksel eğitim paradigmasında bu beceriler; manneken-kafa modelleri (\textit{phantom heads}) ya da gerçek hastalar üzerinde edinilmektedir. Ancak her iki yaklaşım da hasta güvenliği riskleri, sınırlı tekrar imkânı, yüksek maliyetler ve standartlaştırılmamış değerlendirme kriterleri açısından ciddi kısıtlar barındırmaktadır \cite{seymour2002vr}.

Son on yılda sanal gerçeklik (Virtual Reality, VR) ve karma gerçeklik (Mixed Reality, MR) teknolojilerindeki hızlı ilerleme, tıp ve diş hekimliği eğitiminde köklü bir dönüşümün zeminini hazırlamıştır. VR tabanlı simülatörler; öğrencilere gerçek hasta üzerindeki klinik uygulamalardan önce güvenli, tekrarlanabilir, ölçülebilir ve kontrollü bir pratik ortamı sunmaktadır \cite{mcdonald2022vr}. Özellikle görüntü kalitesi, altı serbestlik dereceli (6DoF) hareket takibi ve gerçek zamanlı geri bildirim teknolojilerindeki gelişmeler, bu simülatörlerin klinik gerçekliğini ve eğitim etkinliğini katlanarak artırmıştır \cite{bernardo2017vr}.

Bu tez kapsamında, \textit{DentClear} adıyla özgünleştirilen diş taşı temizliği eğitim simülasyonu sistemi geliştirilmiş ve belgelenmiştir. Çalışma; başlangıçta Mixed Reality mimarisine dayalı fiziksel-sanal entegrasyon prensibiyle tasarlanmış, ancak karşılaşılan teknik kısıtlar ve donanımsal uyumsuzluklar nedeniyle tamamen VR tabanlı bir mimariye stratejik olarak yeniden yapılandırılmıştır. Bu geçiş süreci, sistemin mühendislik evriminin en kritik bileşenini oluşturmakta olup akademik açıdan detaylı biçimde belgelenmiştir.

Son sistemde HTC Vive Focus bağımsız VR başlığı ve iki adet 6DoF SteamVR tracker kullanılmaktadır. Birinci tracker sanal çene modelinin, ikinci tracker ise sanal dental scaler aletinin gerçek zamanlı uzamsal kontrolünü sağlamaktadır. Geliştirilen sistem; Unity Engine, XR Interaction Toolkit, OpenXR ve C\# programlama dili üzerine inşa edilmiş olup collision-based etkileşim, dinamik tekstür geçiş sistemi ve gerçek zamanlı performans analitiği gibi özgün mühendislik modülleri içermektedir.

\section{Sanal Gerçeklik Teknolojisi}
\label{sec:vr_teknoloji}

\subsection{Tanım ve Tarihsel Gelişim}
\label{subsec:vr_tanim}

Sanal gerçeklik, kullanıcının bilgisayar tarafından üretilen üç boyutlu yapay bir ortama tam olarak daldırıldığı (\textit{fully immersed}) ve bu ortamla gerçek zamanlı olarak etkileşime girebildiği insan-bilgisayar arayüzü teknolojisidir \cite{milgram1994taxonomy}. 1960'lı yıllarda Ivan Sutherland'ın ilk kablolu HMD prototipinden başlayan VR teknolojisinin evrimi; 2010'lardan itibaren tüketici sınıfı ürünlerin piyasaya sürülmesiyle ivmelenmiş, tıp ve mühendislik eğitiminde dönüşüm yaratmıştır.

\subsection{Temel Bileşenler}
\label{subsec:vr_bilesenleri}

Modern bir VR sistemi şu temel donanım ve yazılım bileşenlerinden oluşmaktadır:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Head-Mounted Display (HMD):} Her göz için ayrı yüksek çözünürlüklü panel barındıran, stereoskopik görüntü üreten başa takılan ekran birimi.
    \item \textbf{Hareket İzleme Sistemi:} Kullanıcının baş ve vücut hareketlerini milimetrik hassasiyetle algılayan içeriden-dışarıya (inside-out) veya dışarıdan-içeriye (outside-in) takip mekanizması.
    \item \textbf{6DoF Tracker Donanımları:} Konum ($x, y, z$) ve yönelim (\textit{pitch, yaw, roll}) olmak üzere altı bağımsız hareket boyutunu eş zamanlı olarak izleyen özel aygıtlar.
    \item \textbf{Gerçek Zamanlı İşlem Birimi:} Minimum 72~Hz yenileme hızı ve 20~ms altı gecikme gereksinimiyle VR sahnesini hesaplayan donanım/yazılım altyapısı.
    \item \textbf{XR Yazılım Çerçevesi:} OpenXR standartları üzerine inşa edilmiş, donanım-agnostik geliştirme ortamı.
\end{itemize}

\subsection{Daldırıklık ve Varlık Hissi}
\label{subsec:vr_daldirma}

VR simülasyonlarının eğitimsel etkinliği büyük ölçüde \textit{immersion} (daldırıklık) ve \textit{presence} (varlık hissi) kavramlarıyla ölçülmektedir. Slater ve ark. \cite{slater1994depth} sınıflandırmasına göre daldırıklık, sistemin sunduğu nesnel teknolojik özelliklere atıfta bulunurken; varlık hissi, kullanıcının sanal ortamda ``gerçekten orada'' olduğuna dair öznel psikolojik deneyimi ifade eder. Yüksek varlık hissi, motor öğrenme ve prosedürel beceri transferi açısından kritik öneme sahiptir.

\section{Karma Gerçeklik Teknolojisi}
\label{sec:mr_teknoloji}

\subsection{Milgram Gerçeklik-Sanallik Sürekliliği}
\label{subsec:milgram}

Milgram ve Kishino \cite{milgram1994taxonomy}, fiziksel gerçeklik ile tam sanal ortam arasındaki spektrumu ``Gerçeklik-Sanallik Sürekliliği'' (Reality-Virtuality Continuum) modeli ile tanımlamıştır. Bu modelde; tamamen gerçek ortam ile tamamen yapay ortam arasındaki ara bölgeyi kapsayan sistemler Karma Gerçeklik (Mixed Reality) olarak adlandırılmaktadır. MR sistemleri; gerçek dünya nesnelerinin sanal içeriklerle örtüştürüldüğü ya da sanal nesnelerin gerçek dünya bağlamında konumlandırıldığı entegre ortamları kapsamaktadır.

\subsection{MR Mimarisinin Teknik Gereksinimleri}
\label{subsec:mr_gereksinimler}

MR sistemleri; fiziksel nesnelerin gerçek zamanlı olarak dijital ortama entegre edilmesini hedefler. Bu entegrasyon; \textit{spatial tracking}, \textit{real-time data fusion}, \textit{low-latency rendering} ve \textit{occlusion management} gibi karmaşık mühendislik süreçlerini gerektirmektedir. Özellikle birden fazla fiziksel nesnenin eş zamanlı takibi söz konusu olduğunda, tracker sistemleri arasındaki \textit{interference} ve \textit{occlusion} sorunları kritik bir teknik kısıt oluşturmaktadır.

\section{Diş Taşı ve Detertraj Prosedürü}
\label{sec:detertraje}

\subsection{Dental Kalkülüs (Diş Taşı)}
\label{subsec:dis_tasi}

Dental kalkülüs, ağız boşluğundaki bakteriyel dental plağın (\textit{biofilm}) tükürükteki kalsiyum ve fosfat iyonları aracılığıyla mineralize olmasıyla oluşan sert, yapışık biyomineralizasyon ürünüdür \cite{periodontics_textbook}. Supragingival (diş eti üstü) ve subgingival (diş eti altı) olmak üzere iki tipte sınıflandırılan kalkülüs; periodontal hastalık, gingivitis ve ileri dönemlerde alveolar kemik rezorpsiyonunun birincil tetikleyicileri arasında yer almaktadır.

\subsection{Detertraj Prosedürü ve Teknik Gereksinimleri}
\label{subsec:detertraj}

Detertraj, diş yüzeyi ve periodontal ceplerdeki kalkülüs birikintilerinin mekanik debridmanla uzaklaştırılması işlemidir. Manuel scaling yönteminde; scaler aleti, diş uzun aksına göre 45°--90° açı aralığında konumlandırılarak kaşıma hareketleriyle uygulanır. Bu açı aralığının dışındaki temaslarda hem tedavi verimi düşmekte hem de diş sert dokusunda iatrojenik hasar riski artmaktadır. Bu hassas açı parametresi, DentClear simülasyonunun temel değerlendirme kriterleri arasında yer almaktadır.

\subsection{Diş Hekimliği Eğitimindeki Önemi}
\label{subsec:egitim_yeri}

Detertraj prosedürü, diş hekimliği ve ağız diş sağlığı programlarının müfredatında erken dönemde yer almakla birlikte; doğru enstrüman tutuşu, alet açısı, uygulanan kuvvet ve hareket deseni konularında yeterli yetkinliğe ulaşmak sistematik ve tekrarlı pratik gerektirmektedir. Geleneksel manneken-kafa modelleri, periodontal dokunun gerçek anatomik yanıtını simüle etme kapasitesinden yoksundur \cite{perry2015simulation}.

\section{Diş Hekimliği Eğitiminde Simülasyon Teknolojileri}
\label{sec:literatur}

\subsection{Tıbbi Eğitimde VR Uygulamaları}
\label{subsec:vr_tipta}

VR teknolojisinin tıp eğitimindeki kanıta dayalı değeri, kapsamlı araştırmalar tarafından ortaya konulmuştur. Seymour ve ark. \cite{seymour2002vr}, laparoskopik cerrahi simülatörü kullanan cerrahların geleneksel eğitim alanlarına kıyasla gerçek ameliyathane performansında anlamlı üstünlük sergilediğini göstermiştir. McDonald ve ark. \cite{mcdonald2022vr} ise dental eğitimde VR kullanımına ilişkin sistematik derlemelerinde, VR simülasyonlarının prosedürel beceri transferinde etkili olduğunu raporlamıştır.

\subsection{Mevcut Dental VR Simülatörleri}
\label{subsec:dental_simulatorler}

Ticari dental VR simülatörleri arasında Moog Simodont Dental Trainer ve Forsslund Systems'ın PerioSim platformu öne çıkmaktadır \cite{perry2015simulation}. Bu sistemlerin temel kısıtı; özelleşmiş haptik donanım bağımlılığı ve yüksek kurumsal maliyet bariyeridir. Geliştirilen DentClear sistemi, standart tüketici VR donanımı kullanarak bu maliyet engelini ortadan kaldırmayı hedeflemektedir.

\subsection{Tracker Tabanlı VR Kontrol Sistemleri}
\label{subsec:tracker_sistemler}

6DoF tracker tabanlı kontrol sistemleri; standart VR kontrolörlerinin ergonomik ve senaryo kısıtlamalarını aşan alternatif bir insan-makine arayüzü yaklaşımı sunmaktadır. Özellikle tıbbi simülasyonlarda, gerçek enstrüman etkileşimini taklit eden tracker bazlı tasarımlar; motor öğrenme ve prosedürel beceri transferi açısından yüksek ekolojik geçerlilik sağlamaktadır \cite{zijdewind2020vr}.

\section{Çalışmanın Amacı ve Kapsamı}
\label{sec:amac}

Bu çalışmanın temel amacı; diş taşı temizliği prosedürünün öğretimine yönelik, düşük maliyetli donanım üzerine inşa edilmiş, teknik açıdan sağlam ve eğitimsel açıdan etkin bir VR simülasyon sistemi (DentClear) geliştirmektir. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen özgün mühendislik katkıları şu şekilde özetlenebilir:

\begin{itemize}
    \item Mixed Reality mimarisinden VR tabanlı mimariye geçişin teknik gerekçelerinin sistematik olarak analiz edilmesi ve belgelenmesi.
    \item İki tracker tabanlı 6DoF transform eşleştirme sistemi aracılığıyla sanal dental anatominin gerçek zamanlı uzamsal kontrolünün sağlanması.
    \item Collision-based etkileşim, açı analizi algoritması ve dinamik material blending yoluyla gerçekçi dental temizlik simülasyonunun gerçekleştirilmesi.
    \item Gerçek zamanlı kullanıcı performans analitiği ve prosedürel eğitim metrikleri içeren kapsamlı bir in-VR geri bildirim sisteminin tasarlanması.
\end{itemize}

Tezin organizasyonu şu şekildedir: İkinci bölümde MR yaklaşımından VR mimarisine geçiş süreci, sistem tasarımı ve mühendislik detayları açıklanmaktadır. Üçüncü bölümde sistem performansı ve kullanıcı değerlendirme sonuçları sunulmaktadır. Dördüncü bölümde ise gelecek araştırmalara yönelik öneriler tartışılmaktadır.

\section{Bu Çalışmanın Literatüre Katkısı}
\label{sec:literatur_katkisi}

Mevcut literatürde diş hekimliği eğitimine yönelik VR simülatörlerinin büyük bölümü; pahalı haptik donanım sistemlerine bağımlı, yüksek kurulum maliyeti gerektiren ya da yalnızca statik görsel sunum içeren yapılar üzerine inşa edilmiştir \cite{perry2015simulation}. Bu çalışmada benimsenen yaklaşım, söz konusu kısıtları doğrudan hedef almakla birlikte, iddialarını deneysel gözlemler ve teknik analizle sınırlı tutmaktadır. Çalışmanın akademik ve mühendislik açısından özgün yönleri aşağıda gerekçeli biçimde sunulmaktadır.

\subsection{Mimari Geçiş Kararının Belgelenmesi}
\label{subsec:katkı_mimari}

Bu çalışmada Mixed Reality tabanlı yaklaşım yalnızca teorik düzeyde değerlendirilmekle kalmayıp doğrudan hayata geçirilmiş ve kontrollü denemeler aracılığıyla test edilmiştir. Tek tracker konfigürasyonu, çift tracker konfigürasyonu ve scaler tracking entegrasyonu ayrı ayrı denenmiş; her iterasyonda karşılaşılan teknik sorunlar --- tracking kararlılığı, uzamsal hizalama, sinyal çakışması ve etkileşim hassasiyeti kriterleri temelinde --- sistematik biçimde ölçülmüş ve belgelenmiştir.

Bu süreç; bir \textit{engineering decision process} olarak okunabilir: Teknik kısıtların kanıta dayalı analizinin ardından mimari bir pivot kararı verilmiş ve VR tabanlı alternatif mimari geliştirilmiştir. Bu yaklaşım, mühendislik projelerinde değerlendirme--karar--tasarım döngüsünün sistematik uygulamasına akademik bir örnek oluşturmaktadır.

\subsection{Prosedürel Simülasyon Katmanı}
\label{subsec:katkı_prosedurel}

Geliştirilen DentClear sistemi, salt görsel bir VR gösteriminin ötesinde prosedürel bir simülasyon katmanı içermektedir. Scaler açı analizi algoritması; klinik protokol gereği tanımlanan 45°--90° optimal etki aralığını gerçek zamanlı olarak izlemekte ve açıya bağlı temizleme verimi katsayısını ($\eta$) her etkileşim frame'inde hesaplamaktadır. Dinamik material blending sistemi ile yüzey durumu görsel olarak güncellenmekte; dual-tip scaler collision mekanizması ise gerçek aletin çift yönlü çalışma mantığını sanal ortamda karşılıklı olarak modellenmektedir.

Bu mimari, benzer maliyet profiline sahip tracker tabanlı VR sistemlerinin prosedürel eğitim işlevi taşıyabileceğini göstermesi açısından değerlendirme açısından katkı sunmaktadır.

\subsection{Ölçülebilir Eğitim Analitiği}
\label{subsec:katkı_analitik}

Simülasyonun eğitimsel değeri, subjektif kullanıcı memnuniyetinin ötesinde nesnel performans metrikleri --- temizlik yüzdesi ($S_{\text{temizlik}}$), optimal açı temas oranı ($S_{\text{açı}}$) ve kompozit skor ($S_{\text{kompozit}}$) --- aracılığıyla ölçülmektedir. Bu \textit{training analytics} katmanı; geleneksel manneken tabanlı eğitimlerde bulunmayan sistematik bir performans izleme altyapısı sunmakta ve öğrenci gelişiminin veri odaklı değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Eğitim teknolojileri alanında ölçülebilirliğin temel bir tasarım kriteri olduğu göz önüne alındığında, bu özellik sistemin akademik katkısının ayrılmaz bir boyutunu oluşturmaktadır.

\subsection{Düşük Maliyetli Donanım Çerçevesi}
\label{subsec:katkı_maliyet}

Önerilen mimari; standart tüketici sınıfı VR başlığı ve iki adet genel amaçlı 6DoF tracker kullanılarak hayata geçirilmiştir. Kurumsal sınıf haptik simülatörlerin barındırdığı özelleşmiş donanım bağımlılığından kaçınılmış; bunun yerine yazılım katmanında gerçek zamanlı açı analizi ve material blending ile eğitimsel işlevsellik sağlanmıştır. Bu tercih; erişilebilirlik ile teknik yeterlilik arasındaki \textit{engineering trade-off}'un bilinçli biçimde değerlendirildiğini ortaya koymakta ve benzer kısıt profili taşıyan kurumlar için uygulanabilir bir referans mimari sunmaktadır.
