Facial Landmark Predictions with Applications to Metaverse

This research aims to make metaverse characters more realistic by adding lip animations learnt from videos in the wild. To achieve this, our approach is to extend Tacotron 2 text-to-speech synthesizer to generate lip movements together with mel spectrogram in one pass. The encoder and gate layer weights are pre-trained on LJ Speech 1.1 data set while the decoder is retrained on 93 clips of TED talk videos extracted from LRS 3 data set. Our novel decoder predicts displacement in 20 lip landmark positions across time, using labels automatically extracted by OpenFace 2.0 landmark predictor. Training converged in 7 hours using less than 5 minutes of video. We conducted ablation study for Pre/Post-Net and pre-trained encoder weights to demonstrate the effectiveness of transfer learning between audio and visual speech data

A comparative analysis of pose estimation models as enablers for a smart-mirror physical rehabilitation system

Smart mirrors are gaining attention as a smart device that could integrate a set of functionalities intended to assist older adults in their day-to-day life. These devices are seamlessly integrated in the environment, providing a user-friendly interface and naturally fitting into the daily-care routines. People face a mirror several times a day, thus ensuring that any application running on a smart mirror will have several guaranteed interactions per day. It is therefore essential to detect when the user is in front of the mirror and also to interpret what he or she is doing. Very powerful and accurate libraries are currently available, but the limited computational resources and the need to work in real time limit the valid options for smart mirror devices. This paper therefore analyses and evaluates several body pose estimation models in order to determine which one can be deployed in a smart mirror-like device dedicated to supporting older adults in their physical rehabilitation routines.Los espejos inteligentes están ganando atención como un dispositivo inteligente que podría integrar un conjunto de funcionalidades destinadas a ayudar a los adultos mayores en su día a día. Estos dispositivos se integran a la perfección en el entorno, brindan una interfaz fácil de usar y se adaptan naturalmente a las rutinas de cuidado diario. Las personas se enfrentan a un espejo varias veces al día, lo que garantiza que cualquier aplicación que se ejecute en un espejo inteligente tendrá varias interacciones garantizadas por día. Por lo tanto, es fundamental detectar cuándo el usuario está frente al espejo y también interpretar lo que está haciendo. Actualmente se encuentran disponibles bibliotecas muy potentes y precisas, pero los recursos computacionales limitados y la necesidad de trabajar en tiempo real limitan las opciones válidas para los dispositivos espejo inteligentes

Adapting robot behavior to user preferences in assistive scenarios

Robotic assistants have inspired numerous books and science fiction movies. In the real world, these kinds of devices are a growing need in amongst the elderly, who while life continue requiring more assistance. While life expectancy is increasing, life quality is not necessarily doing so. Thus, we may find ourselves and our loved ones being dependent and needing another person to perform the most basic tasks, which has a strong psychological impact. Accordingly, assistive robots may be the definitive tool to give more quality of life by empowering dependent people and extending their independent living. Assisting users to perform daily activities requires adapting to them and their needs, as they might not be able to adapt to the robot. This thesis tackles adaptation and personalization issues through user preferences. We 'focus on physical tasks that involve close contact, as these present interesting challenges, and are of great importance for he user. Therefore, three tasks are mainly used throughout the thesis: assistive feeding, shoe fitting, and jacket dressing. We first describe a framework for robot behavior adaptation that illustrates how robots should be personalized for and by end- users or their assistants. Using this framework, non-technical users determine how !he robot should behave. Then, we define the concept of preference for assistive robotics scenarios and establish a taxonomy, which includes hierarchies and groups of preferences, grounding definitions and concepts. We then show how the preferences in the taxonomy are used with Al planning systems to adapt the robot behavior to the preferences of the user obtained from simple questions. Our algorithms allow for long-term adaptations as well as to cope with misinformed user models. We further integrate the methods with low-level motion primitives that provide a more robust adaptation and behavior while lowering the number of needed actions and demonstrations. Moreover, we perform a deeper analysis in Planning and preferences with the introduction of new algorithms to provide preference suggestions in planning domains. The thesis then concludes with a user study that evaluates the use of the preferences in the three real assistive robotics scenarios. The experiments show a clear understanding of the preferences of users, who were able to assess the impact of their preferences on the behavior of the robot. In summary, we provide tools and algorithms to design the robotic assistants of the future. Assistants that should be able to adapt to the assisted user needs and preferences, just as human assistants do nowadays.Els assistents robòtics han inspirat nombrosos llibres i pel·lícules de ciència-ficció al llarg de la història. Però tornant al món real, aquest tipus de dispositius s'estan tornant una necessitat per a una societat que envelleix a un ritme ràpid i que, per tant, requerirà més i més assistència. Mentre l'esperança de vida augmenta, la qualitat de vida no necessàriament ho fa. Per tant, ens podem trobar a nosaltres mateixos i als nostres estimats en una situació de dependència, necessitant una altra persona per poder fer les tasques més bàsiques, cosa que té un gran impacte psicològic. En conseqüència, els robots assistencials poden ser l'eina definitiva per proporcionar una millor qualitat de vida empoderant els usuaris i allargant la seva capacitat de viure independentment. L'assistència a persones per realitzar tasques diàries requereix adaptar-se a elles i les seves necessitats, donat que aquests usuaris no poden adaptar-se al robot. En aquesta tesi, abordem el problema de l'adaptació i la personalització d'un robot mitjançant preferències de l'usuari. Ens centrem en tasques físiques, que involucren contacte amb la persona, per les seves dificultats i importància per a l'usuari. Per aquest motiu, la tesi utilitzarà principalment tres tasques com a exemple: donar menjar, posar una sabata i vestir una jaqueta. Comencem definint un marc (framework) per a la personalització del comportament del robot que defineix com s'han de personalitzar els robots per usuaris i pels seus assistents. Amb aquest marc, usuaris sense coneixements tècnics són capaços de definir com s'ha de comportar el robot. Posteriorment definim el concepte de preferència per a robots assistencials i establim una taxonomia que inclou jerarquies i grups de preferències, els quals fonamenten les definicions i conceptes. Després mostrem com les preferències de la taxonomia s'utilitzen amb sistemes planificadors amb IA per adaptar el comportament del robot a les preferències de l'usuari, que s'obtenen mitjançant preguntes simples. Els nostres algorismes permeten l'adaptació a llarg termini, així com fer front a models d'usuari mal inferits. Aquests mètodes són integrats amb primitives a baix nivell que proporcionen una adaptació i comportament més robusts a la mateixa vegada que disminueixen el nombre d'accions i demostracions necessàries. També fem una anàlisi més profunda de l'ús de les preferències amb planificadors amb la introducció de nous algorismes per fer suggeriments de preferències en dominis de planificació. La tesi conclou amb un estudi amb usuaris que avalua l'ús de les preferències en les tres tasques assistencials. Els experiments demostren un clar enteniment de les preferències per part dels usuaris, que van ser capaços de discernir quan les seves preferències eren utilitzades. En resum, proporcionem eines i algorismes per dissenyar els assistents robòtics del futur. Uns assistents que haurien de ser capaços d'adaptar-se a les preferències i necessitats de l'usuari que assisteixen, tal com els assistents humans fan avui en dia

Adapting robot behavior to user preferences in assistive scenarios

Aplicat embargament des de la data de defensa fins el 24 de juliol de 2020Robotic assistants have inspired numerous books and science fiction movies. In the real world, these kinds of devices are a growing need in amongst the elderly, who while life continue requiring more assistance. While life expectancy is increasing, life quality is not necessarily doing so. Thus, we may find ourselves and our loved ones being dependent and needing another person to perform the most basic tasks, which has a strong psychological impact. Accordingly, assistive robots may be the definitive tool to give more quality of life by empowering dependent people and extending their independent living. Assisting users to perform daily activities requires adapting to them and their needs, as they might not be able to adapt to the robot. This thesis tackles adaptation and personalization issues through user preferences. We 'focus on physical tasks that involve close contact, as these present interesting challenges, and are of great importance for he user. Therefore, three tasks are mainly used throughout the thesis: assistive feeding, shoe fitting, and jacket dressing. We first describe a framework for robot behavior adaptation that illustrates how robots should be personalized for and by end- users or their assistants. Using this framework, non-technical users determine how !he robot should behave. Then, we define the concept of preference for assistive robotics scenarios and establish a taxonomy, which includes hierarchies and groups of preferences, grounding definitions and concepts. We then show how the preferences in the taxonomy are used with Al planning systems to adapt the robot behavior to the preferences of the user obtained from simple questions. Our algorithms allow for long-term adaptations as well as to cope with misinformed user models. We further integrate the methods with low-level motion primitives that provide a more robust adaptation and behavior while lowering the number of needed actions and demonstrations. Moreover, we perform a deeper analysis in Planning and preferences with the introduction of new algorithms to provide preference suggestions in planning domains. The thesis then concludes with a user study that evaluates the use of the preferences in the three real assistive robotics scenarios. The experiments show a clear understanding of the preferences of users, who were able to assess the impact of their preferences on the behavior of the robot. In summary, we provide tools and algorithms to design the robotic assistants of the future. Assistants that should be able to adapt to the assisted user needs and preferences, just as human assistants do nowadays.Els assistents robòtics han inspirat nombrosos llibres i pel·lícules de ciència-ficció al llarg de la història. Però tornant al món real, aquest tipus de dispositius s'estan tornant una necessitat per a una societat que envelleix a un ritme ràpid i que, per tant, requerirà més i més assistència. Mentre l'esperança de vida augmenta, la qualitat de vida no necessàriament ho fa. Per tant, ens podem trobar a nosaltres mateixos i als nostres estimats en una situació de dependència, necessitant una altra persona per poder fer les tasques més bàsiques, cosa que té un gran impacte psicològic. En conseqüència, els robots assistencials poden ser l'eina definitiva per proporcionar una millor qualitat de vida empoderant els usuaris i allargant la seva capacitat de viure independentment. L'assistència a persones per realitzar tasques diàries requereix adaptar-se a elles i les seves necessitats, donat que aquests usuaris no poden adaptar-se al robot. En aquesta tesi, abordem el problema de l'adaptació i la personalització d'un robot mitjançant preferències de l'usuari. Ens centrem en tasques físiques, que involucren contacte amb la persona, per les seves dificultats i importància per a l'usuari. Per aquest motiu, la tesi utilitzarà principalment tres tasques com a exemple: donar menjar, posar una sabata i vestir una jaqueta. Comencem definint un marc (framework) per a la personalització del comportament del robot que defineix com s'han de personalitzar els robots per usuaris i pels seus assistents. Amb aquest marc, usuaris sense coneixements tècnics són capaços de definir com s'ha de comportar el robot. Posteriorment definim el concepte de preferència per a robots assistencials i establim una taxonomia que inclou jerarquies i grups de preferències, els quals fonamenten les definicions i conceptes. Després mostrem com les preferències de la taxonomia s'utilitzen amb sistemes planificadors amb IA per adaptar el comportament del robot a les preferències de l'usuari, que s'obtenen mitjançant preguntes simples. Els nostres algorismes permeten l'adaptació a llarg termini, així com fer front a models d'usuari mal inferits. Aquests mètodes són integrats amb primitives a baix nivell que proporcionen una adaptació i comportament més robusts a la mateixa vegada que disminueixen el nombre d'accions i demostracions necessàries. També fem una anàlisi més profunda de l'ús de les preferències amb planificadors amb la introducció de nous algorismes per fer suggeriments de preferències en dominis de planificació. La tesi conclou amb un estudi amb usuaris que avalua l'ús de les preferències en les tres tasques assistencials. Els experiments demostren un clar enteniment de les preferències per part dels usuaris, que van ser capaços de discernir quan les seves preferències eren utilitzades. En resum, proporcionem eines i algorismes per dissenyar els assistents robòtics del futur. Uns assistents que haurien de ser capaços d'adaptar-se a les preferències i necessitats de l'usuari que assisteixen, tal com els assistents humans fan avui en dia.Postprint (published version

MOBILE ASSISTIVE TECHNOLOGIES FOR PEOPLE WITH VISUAL IMPAIRMENT: SENSING AND CONVEYING INFORMATION TO SUPPORT ORIENTATION, MOBILITY AND ACCESS TO IMAGES

Smartphones are accessible to persons with visual impairment or blindness (VIB): screen reader technologies, integrated with mobile operating systems, enable non-visual interaction with the device. Also, features like GPS receivers, inertial sensors and cameras enable the development of Mobile Assistive Technologies (MATs) to support people with VIB. A preliminary analysis, conducted adopting an user-centric approach, highlighted some issues experienced by people with VIB in everyday activities from three main fields: orientation, mobility and access to images. Traditional approaches to address these issues, based on assistive tools and technologies, have some limitations: in the field of mobility, for example, existing navigation support solutions (e.g. the white cane) cannot be used to perceive some environmental features like crosswalks or the current state of traffic lights; in the field of orientation, tactile maps adopted to develop cognitive maps of the environment are limited in the amount of information that can be represented on a single surface and by the lack of interactivity, two issues experienced also in other fields where access to graphical information is of paramount importance like, for example, didactics of STEM subjects. This work presents new MATs that deal with these limitations by introducing novel solutions in different fields of Computer Science. Original computer vision techniques, designed to detect the presence of pedestrian crossings and the state of traffic lights, are used to sense information from the environment and support mobility of people with VIB. Novel sonification techniques are introduced to efficiently convey information with three different goals: first, to convey guidance information in urban crossings; second, to enhance the development of cognitive maps by augmenting tactile surfaces; third, to enable quick access to images. Experience reported in this dissertation shows that the proposed MATs are effective in supporting people with VIB and, in general, that mobile devices are a versatile platform to enable affordable and pervasive access to assistive technologies. Involving target users in the evaluation of MATs emerged as a major challenge in this work. However, it is shown how such challenge can be addressed by adopting large scale evaluation techniques typical of HCI research