\chapter{YAPILAN ÇALIŞMALAR}
\label{ch:yapilan_calismalar}

\section{DentClear Sistem Mimarisi: Genel Bakış}
\label{sec:genel_mimari}

DentClear sistemi; iki ayrı mimari paradigmanın araştırılması, birincisinin teknik uygulanabilirlik kısıtları nedeniyle terk edilmesi ve ikincisinin mühendislik ilkeleri doğrultusunda tasarlanıp hayata geçirilmesi sürecini kapsamaktadır. İlk tasarım paradigması; gerçek fiziksel dental ekipmanların sanal ortama Mixed Reality (MR) prensibiyle entegre edilmesini hedeflemiştir. İkinci ve nihai paradigma ise fiziksel ekipman bağımlılığını tamamen ortadan kaldıran, tracker tabanlı ve VR-native bir mimari üzerine inşa edilmiştir.

Kullanılan donanım ve yazılım altyapısı Tablo~\ref{tab:donanim} ve Tablo~\ref{tab:yazilim}'de özetlenmektedir.

\begin{ktufbeteztable}
    {Sistemde kullanılan donanım bileşenleri}
    {tab:donanim}
    {p{4.5cm}p{4.5cm}p{4cm}}
    {Donanım Bileşeni & Teknik Özellik & Kullanım Amacı}
    {Tablo \thetable'in devamı}
    {c}
    \hline
    HTC Vive Focus & Standalone VR HMD, 1440$\times$1600/göz, 75~Hz & VR görüntüleme ve baş takibi \\
    \hline
    SteamVR Tracker 1 & 6DoF, IMU + optik takip & Sanal çene uzamsal kontrolü \\
    \hline
    SteamVR Tracker 2 & 6DoF, IMU + optik takip & Sanal scaler uzamsal kontrolü \\
    \hline
    HTC Vive Baz İstasyonu & 120~Hz lazer tarama & Tracker uzamsal referans sistemi \\
    \hline
    Geliştirici İş İstasyonu & Intel Core i7, RTX 3060, 32~GB RAM & Build ve derleme ortamı \\
    \hline
\end{ktufbeteztable}

\begin{ktufbeteztable}
    {Sistemde kullanılan yazılım altyapısı}
    {tab:yazilim}
    {p{4cm}p{3cm}p{6cm}}
    {Yazılım / Teknoloji & Sürüm & Kullanım Amacı}
    {Tablo \thetable'in devamı}
    {c}
    \hline
    Unity Engine & 2022.3 LTS & Ana geliştirme ve simülasyon motoru \\
    \hline
    XR Interaction Toolkit & 2.5.x & XR etkileşim sistemi \\
    \hline
    OpenXR & 1.0 & Donanım-agnostik XR API katmanı \\
    \hline
    SteamVR Plugin & 2.7.3 & Tracker veri akışı \\
    \hline
    C\# (.NET) & .NET~4.x & Oyun mekaniği ve sistem mantığı \\
    \hline
    Unity PhysX & 4.x & Collision detection ve Rigidbody \\
    \hline
    Unity Shader Graph & -- & Dinamik material/tekstür sistemi \\
    \hline
\end{ktufbeteztable}

\section{Mixed Reality Tabanlı İlk Tasarım Yaklaşımı}
\label{sec:mr_yaklasim}

\subsection{MR Sistem Konsepti ve Motivasyon}
\label{subsec:mr_konsept}

Projenin ilk tasarım aşamasında, yüksek ekolojik geçerlilik (\textit{ecological validity}) elde etmek amacıyla Mixed Reality entegrasyon prensibi benimsenmiştir. Bu paradigmanın temel amacı; gerçek dental ekipmanların (fantom çene modeli ve manuel dental scaler) fiziksel kullanımını sürdürürken, sanal içeriklerle bütünleşik bir eğitim ortamı yaratmaktır. Milgram ve Kishino'nun Gerçeklik-Sanallik Sürekliliği modeli \cite{milgram1994taxonomy} çerçevesinde hedeflenen; fiziksel ekipmanların gerçek zamanlı uzamsal verilerini sanal ortama aktararak karma bir öğrenme deneyimi tasarlamaktır.

MR tabanlı ilk sistemin fiziksel bileşenleri şu şekilde tanımlanmıştır:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Fantom Çene Modeli (\textit{Phantom Jaw}):} Diş hekimliği eğitiminde standart olarak kullanılan manneken-tipi üst ve alt çene içeren plastik model.
    \item \textbf{Manuel Dental Scaler:} Gerçek klinik uygulamada kullanılan, sert uçlu paslanmaz çelik periodontal scaler aleti.
    \item \textbf{HTC Vive Tracker Sistemi:} Fiziksel nesnelerin 6DoF uzamsal verilerini yakalayan SteamVR uyumlu tracker donanımları.
\end{itemize}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\framebox[\textwidth]{\rule{0pt}{6cm}\parbox{0.85\textwidth}{\centering
\textit{[Şekil 2.1: Mixed Reality İlk Yaklaşım Şeması]}\\[6pt]
Fantom çene + gerçek scaler + tracker entegrasyonunu\\gösteren konsept diyagram
}}
\caption{Mixed Reality tabanlı ilk sistem tasarımı: Fiziksel dental ekipmanların tracker aracılığıyla sanal ortama aktarılması konsepti.}
\label{fig:mr_ilk}
\end{figure}

\subsection{Birinci İterasyon: Tek Tracker ile Çene Takibi}
\label{subsec:tek_tracker}

İlk uygulama iterasyonunda fantom çene modelinin bütünleşik uzamsal konumunun tek bir tracker ile izlenmesi denenmiştir. Bu yaklaşımda tracker; pozisyon ($x, y, z$) ve rotasyon ($\theta_x, \theta_y, \theta_z$) verilerini eşzamanlı olarak yakalayarak sanal çene nesnesine transform eşleştirmesi yapmaktadır.

Bu yaklaşımda aşağıdaki teknik sorunlar sistematik biçimde gözlemlenmiştir:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Uzamsal Hizalama Bozulması (\textit{Spatial Misalignment}):} Tracker'ın referans noktası çene modelinin fiziksel kütle merkezi ile örtüşmediğinden, sanal çene ile fiziksel çene arasında sürekli açısal sapma oluşmuştur.
    \item \textbf{Mandibular Hareket Kayması (\textit{Positional Drift}):} Alt çene hareketleri sırasında tracker konumsal verisinde birikmeli sapma (\textit{cumulative drift}) gözlemlenmiş; uzun süreli kullanımda sanal ve fiziksel modeller arasındaki konum farkı $\pm$8~mm düzeyine ulaşmıştır.
    \item \textbf{Rotation Drift:} Özellikle yaw ve roll eksenlerinde, orijinal oryantasyona kıyasla zamanla artan açısal kayma tespit edilmiştir.
    \item \textbf{Stabilite Yetersizliği:} Tek tracker'ın tutunma noktasındaki mekanik titreşim, yüksek frekanslı jitter (\textit{tracking jitter}) olarak sanal modele yansımaktadır.
\end{itemize}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\framebox[\textwidth]{\rule{0pt}{5.5cm}\parbox{0.85\textwidth}{\centering
\textit{[Şekil 2.2: Tek Tracker Çene Takip Sistemi ve Gözlemlenen Drift Grafiği]}\\[6pt]
Tek tracker uygulamasında oluşan pozisyonel ve rotasyonel\\sapmaların zaman içindeki değişimini gösteren analiz diyagramı
}}
\caption{Tek tracker tabanlı çene takip yaklaşımında gözlemlenen uzamsal drift ve stabilite problemlerinin görsel analizi.}
\label{fig:tek_tracker}
\end{figure}

\subsection{İkinci İterasyon: Çift Tracker ile Mandibula-Maksilla Ayrıştırması}
\label{subsec:cift_tracker_mr}

Tek tracker yaklaşımının yetersizliği üzerine, alt çene (mandibula) ve üst çene (maksilla) için ayrı tracker kullanılan ikinci bir iterasyona geçilmiştir. Bu konfigürasyonda:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Tracker 1 (Maksilla):} Fantom çenenin üst yarısına (sabit çene bloğu) yerleştirilmiştir.
    \item \textbf{Tracker 2 (Mandibula):} Alt çene bölümüne tutturulmuştur.
\end{itemize}

Ancak bu konfigürasyonda daha kritik teknik sorunlar baş göstermiştir:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Fiziksel Boyut Uyumsuzluğu:} Fantom çene modelinin kompakt boyutu, iki tracker'ın aynı anda güvenli biçimde sabitlenmesine olanak tanımamıştır. Tracker'ların birbirine olan mesafesi 4--6~cm aralığında kalmıştır.
    \item \textbf{Tracking Interference (Sinyal Çakışması):} Birbirine yakın konumdaki iki tracker'ın SteamVR sisteminde birbirinin sinyal alanını bozduğu gözlemlenmiştir. Bu durum, anlık olarak hangi tracker'ın hangi nesneye ait olduğunu belirsizleştiren kimlik kayması (\textit{identity swapping}) sorununa yol açmıştır.
    \item \textbf{Occlusion Problemi:} Baz istasyonu görüş açısı kısıtlamaları nedeniyle yakın konumdaki tracker'lardan biri zaman zaman baz istasyonunun görüş alanı dışına çıkmış; bu durum takipte anlık kopukluklara neden olmuştur.
    \item \textbf{Gerçek Zamanlı Senkronizasyon Kararsızlığı:} İki tracker verisi arasındaki latency farkı ($\Delta t = 3$--$7$~ms) sanal çene nesnesinde görünür bir titreme ve tutarsız açılma hareketi üretmiştir.
\end{itemize}

\begin{figure}[htbp]
\centering
\framebox[\textwidth]{\rule{0pt}{5.5cm}\parbox{0.85\textwidth}{\centering
\textit{[Şekil 2.3: Çift Tracker MR Konfigürasyonu ve Interference Diyagramı]}\\[6pt]
Fantom çene üzerinde iki tracker'ın konumlandırılması ve\\oluşan sinyal çakışma bölgelerini gösteren teknik diyagram
}}
\caption{İki tracker ile mandibula-maksilla ayrıştırma konfigürasyonu: Tracking interference ve occlusion problemlerinin uzamsal analizi.}
\label{fig:cift_tracker_mr}
\end{figure}

\subsection{Scaler Tracker Entegrasyonunda Karşılaşılan Sorunlar}
\label{subsec:scaler_mr}

MR mimarisinde dental scaler aletine tracker entegrasyonu da denenmiştir. Bu yaklaşımda scaler gövdesine montaj aparatıyla sabitlenmiş tracker, aletin gerçek zamanlı 6DoF hareketini yakalamakla görevlendirilmiştir. Ancak bu konfigürasyonda kritik ergonomik ve teknik problemler tespit edilmiştir:

\begin{itemize}
    \item \textbf{Ağırlık ve Kütle Dengesi Bozulması:} Scaler aletinin nominal ağırlığı 12--18~g iken, tracker montajı toplam ağırlığı 4 kata kadar artırmaktadır. Bu oran, dental scaler'ın hassas parmak tutuşunu (\textit{modified pen grasp}) bozmakta ve kullanıcının gerçek klinik hissi elde etmesini engellemektedir.
    \item \textbf{Hassas Manipülasyon Yetersizliği (\textit{Precision Interaction Failure}):} Artan kütlesel atalet (\textit{inertia}), ince el hareketlerinde kontrol kaybına yol açmaktadır. Özellikle $<$2~mm hassasiyet gerektiren subgingival bölge çalışmalarında bu etki kritik düzeyde hissedilmektedir.
    \item \textbf{Ergonomik Uyumsuzluk:} Tracker'ın aletten dışarıya çıkan profili, dar ağız açıklığında çalışmayı mekanik olarak zorlaştırmıştır.
\end{itemize}

\subsection{Mixed Reality Yaklaşımının Teknik Değerlendirmesi ve Terk Edilme Gerekçeleri}
\label{subsec:mr_degerlendirme}

İki iterasyon süresince elde edilen deneysel veriler ve gözlemler ışığında Mixed Reality tabanlı mimari, aşağıdaki mühendislik kriterleri açısından yetersiz bulunmuştur:

\begin{ktufbeteztable}
    {MR yaklaşımında tespit edilen teknik problemler ve etkileri}
    {tab:mr_problemler}
    {p{4cm}p{4cm}p{5cm}}
    {Problem & Kaynak & Sistem Üzerindeki Etkisi}
    {Tablo \thetable'in devamı}
    {c}
    \hline
    Pozisyonel drift & Tek tracker IMU kümülasyonu & $\pm$8~mm konum sapması \\
    \hline
    Tracking interference & Çift tracker yakınlığı & Kimlik kayması, senkronizasyon bozulması \\
    \hline
    Occlusion & Baz istasyonu görüş açısı & Anlık takip kopukluğu \\
    \hline
    Latency farkı & Çift tracker asenkronizasyonu & 3--7~ms gecikme farkı, titreme \\
    \hline
    Scaler ağırlık artışı & Tracker montajı & Hassas manipülasyon kaybı \\
    \hline
    Spatial misalignment & Referans noktası uyumsuzluğu & Sanal-fiziksel model kayması \\
    \hline
\end{ktufbeteztable}

Elde edilen bu bulgular neticesinde Mixed Reality tabanlı mimarinin, diş taşı temizliği eğitimi gibi yüksek hassasiyet gerektiren bir prosedür için sürdürülebilir ve stabil bir platform sunamayacağı teknik olarak kanıtlanmıştır. Bu değerlendirme, tamamen VR tabanlı yeni bir sistem mimarisine geçiş kararını mühendislik perspektifinden zorunlu kılmıştır.
