Imaging Sciences R&D Laboratories in Argentina

We use the term imaging sciences to refer to the overarching spectrum of scientific and technological contexts which involve images in digital format including, among others, image and video processing, scientific visualization, computer graphics, animations in games and simulators, remote sensing imagery, and also the wide set of associated application areas that have become ubiquitous during the last decade in science, art, human-computer interaction, entertainment, social networks, and many others…Fil: Delrieux, Claudio Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Ballarin, Virginia Laura. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas en Electrónica; ArgentinaFil: Garcia Bauza, Cristian Dario. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil; ArgentinaFil: López, Mario A.. University of Denver.; Estados Unido

Development of a model based on virtual reality for the evaluation of behavioral compliance with warnings and wayfinding contexts

Virtual Reality (VR) when framed in adequate methodologies, has an ample field of application for Ergonomics and for Design, since it allows to analyze and understand how people interaction with simulated situations in Virtual Environments (VEs). As such, it is of extreme importance for research and the practice of Ergonomics, to understand how it is possible to optimize, create, implement and evaluate solutions based in VEs in different contexts, including dangerous one, in particular those that can place in risk the physical integrity of people. These VEs can be used to study the Human behavior in critical situations, which is important when projecting products and systems that involve dangers to the users that would be difficult to study otherwise. In this context, this project has as its general objective the study of the factors that influence the development of VEs for VR and in the implementation of solutions (with a focus on the software and hardware) that better can correspond to the development of this type of studies, namely in studies of behavioral compliance with warnings and in studies of wayfinding. The methodological proposal described in this document focuses in a User-Centered Design (UCD) perspective, which involved the participation of the users, in the different phases of development of the project. As a result, it was developed and evaluated software and hardware solutions for the understanding and evaluation of the factors associated to the study of Human behavior, namely in behavioral compliance with warnings and in wayfinding contexts. It was also studied the best solutions for interaction and navigation in VEs, that correspond to high levels of presence, which is a fundamental aspect in behavioral compliance with warnings and wayfinding studies that use VR as a support tool. With this purpose, two navigational interfaces were developed (i.e., Balance Board and Walk-in-Place), also in a UCD perspective, to guarantee a constant cycle of tests and improvement of the implementations among the users. A comparative study was made between these two navigational interfaces and another that is commonly used in studies with VR (i.e., a Joystick). This comparative study was conducted in a context of evaluation of behavioral compliance with warnings and performance variables were analyzed, as well as the levels of presence in the different navigational interfaces. There were no statistically significant differences in the levels of presence or in the behavioral compliance between the three navigational interfaces. However, statistically significant differences were found in several performance variables (e.g., average speed, total distance). Future directions for the research are also discussed.A Realidade Virtual (RV) quando enquadrada em metodologias adequadas, tem um campo de aplicação alargado para a Ergonomia e o Design, visto permitir analisar e compreender como as pessoas interagem com situações simuladas em Ambientes Virtuais (AVs). Desta forma, é de extrema importância para a investigação ou prática da Ergonomia, perceber como se pode optimizar, construir, implementar e avaliar soluções baseadas em AVs em diferentes contextos, incluindo contextos perigosos, particularmente aqueles que podem colocar em risco a integridade física das pessoas. Estes AVs podem ser usados para estudar o comportamento Humano em situações críticas, o que é importante quando se projecta produtos e sistemas que envolvam perigos para os utilizadores que de outra forma seria muito difícil avaliar. Neste contexto, este projecto tem como objectivo geral o estudo dos factores que influenciam o desenvolvimento de ambientes para Realidade Virtual e na implementação de soluções (com um foco maior no software e hardware) que melhor possam corresponder ao desenvolvimento deste tipo de estudos, nomeadamente em estudos de consonância comportamental com avisos de segurança e estudos de wayfinding. A proposta metodológica descrita neste documento foca-se numa perspectiva de Design Centrado no Utilizador (DCU), que envolveu a participação dos utilizadores, nas várias fases de desenvolvimento do projecto. Como resultado, desenvolveu-se e avaliou-se soluções de software e hardware para a compreensão e avaliação dos factores associados ao estudo do comportamento Humano, nomeadamente para a consonância comportamental com avisos de segurança e para situações de wayfinding. Foram também estudadas as melhores soluções para interacção e navegação em AVs, que correspondam a níveis de presença elevados, aspecto fundamental em estudos de consonância comportamental com avisos de segurança e em estudos de wayfinding que usam RV. Com este intuito, foram desenvolvidas duas interfaces de navegação para Realidade Virtual (i.e., Balance Board e Walk-in-Place), também numa perspectiva de DCU, para garantir um constante ciclo de testes e aperfeiçoamento das implementações junto dos utilizadores. Foi realizado um estudo comparativo entre estas duas interfaces de navegação e uma outra que é utilizada mais frequentemente em estudos com RV (i.e., um Joystick). Este estudo comparativo realizou-se num contexto de avaliação da consonância comportamental com avisos de segurança e foram analisadas variáveis de desempenho, assim como os níveis de presença das diferentes interfaces de navegação. Não se observaram diferenças estatisticamente significativas em relação aos níveis de presença nem em relação à consonância comportamental entre as três interfaces de navegação. No entanto, foram encontradas diferenças estatisticamente significativas em várias variáveis de desempenho (e.g., velocidade média, distância percorrida). Também são discutidas as possíveis linhas de investigação de continuação ao trabalho

Actas do 10º Encontro Português de Computação Gráfica

Actas do 10º Encontro Portugês de Computação Gráfica, Lisboa, 1-3 de Outubro de 2001A investigação, o desenvolvimento e o ensino na área da Computação Gráfica constituem, em Portugal, uma realidade positiva e de largas tradições. O Encontro Português de Computação Gráfica (EPCG), realizado no âmbito das actividades do Grupo Português de Computação Gráfica (GPCG), tem permitido reunir regularmente, desde o 1º EPCG realizado também em Lisboa, mas no já longínquo mês de Julho de 1988, todos os que trabalham nesta área abrangente e com inúmeras aplicações. Pela primeira vez no historial destes Encontros, o 10º EPCG foi organizado em ligação estreita com as comunidades do Processamento de Imagem e da Visão por Computador, através da Associação Portuguesa de Reconhecimento de Padrões (APRP), salientando-se, assim, a acrescida colaboração, e a convergência, entre essas duas áreas e a Computação Gráfica. Este é o livro de actas deste 10º EPCG.INSATUniWebIcep PortugalMicrografAutodes

XR Academia:Research and Experiences in Virtual Reality, Augmented Reality, Mixed Reality, and Artificial Intelligence in Latin America and Europe

The book XR Academia: Research and Experiences in Virtual Reality, Augmented Reality, Mixed Reality, and Artificial Intelligence in Latin America and Europe, has at its core the objective of making immersive technology accessible and visible worldwide, with the simultaneous breaking-down of linguistic barriers. Both European and Latin American authors can read each other’s work(s), allowing knowledge and experience in extended reality to be shared. Another important aspect of XR Academia is its attempt to introduce an open science contribution to the issues of immersive technologies, in order to inspire new generations that do not have access to increasingly expensive publications. This volume includes fourteen selected chapters from presenters from the 2020 and 2021 events. These chapters describe research and experiences on a wide range of XR applications, which include entertainment, health, narration, education, psychotherapy, guidance, language, culture and arts. Considering that great inventions and innovations are developed in Latin America but fail to be published internationally, our aim was to open a door to allow the permanent exchange between two languages: Spanish and English

Scalable exploration of 3D massive models

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e as Comunicacións. 5032V01[Resumo] Esta tese presenta unha serie técnicas escalables que avanzan o estado da arte da creación e exploración de grandes modelos tridimensionaies. No ámbito da xeración destes modelos, preséntanse métodos para mellorar a adquisición e procesado de escenas reais, grazas a unha implementación eficiente dun sistema out- of- core de xestión de nubes de puntos, e unha nova metodoloxía escalable de fusión de datos de xeometría e cor para adquisicións con oclusións. No ámbito da visualización de grandes conxuntos de datos, que é o núcleo principal desta tese, preséntanse dous novos métodos. O primeiro é unha técnica adaptabile out-of-core que aproveita o hardware de rasterización da GPU e as occlusion queries para crear lotes coherentes de traballo, que serán procesados por kernels de trazado de raios codificados en shaders, permitindo out-of-core ray-tracing con sombreado e iluminación global. O segundo é un método de compresión agresivo que aproveita a redundancia xeométrica que se adoita atopar en grandes modelos 3D para comprimir os datos de forma que caiban, nun formato totalmente renderizable, na memoria da GPU. O método está deseñado para representacións voxelizadas de escenas 3D, que son amplamente utilizadas para diversos cálculos como para acelerar as consultas de visibilidade na GPU. A compresión lógrase fusionando subárbores idénticas a través dunha transformación de similitude, e aproveitando a distribución non homoxénea de referencias a nodos compartidos para almacenar punteiros aos nodos fillo, e utilizando unha codificación de bits variable. A capacidade e o rendemento de todos os métodos avalíanse utilizando diversos casos de uso do mundo real de diversos ámbitos e sectores, incluídos o patrimonio cultural, a enxeñería e os videoxogos.[Resumen] En esta tesis se presentan una serie técnicas escalables que avanzan el estado del arte de la creación y exploración de grandes modelos tridimensionales. En el ámbito de la generación de estos modelos, se presentan métodos para mejorar la adquisición y procesado de escenas reales, gracias a una implementación eficiente de un sistema out-of-core de gestión de nubes de puntos, y una nueva metodología escalable de fusión de datos de geometría y color para adquisiciones con oclusiones. Para la visualización de grandes conjuntos de datos, que constituye el núcleo principal de esta tesis, se presentan dos nuevos métodos. El primero de ellos es una técnica adaptable out-of-core que aprovecha el hardware de rasterización de la GPU y las occlusion queries, para crear lotes coherentes de trabajo, que serán procesados por kernels de trazado de rayos codificados en shaders, permitiendo renders out-of-core avanzados con sombreado e iluminación global. El segundo es un método de compresión agresivo, que aprovecha la redundancia geométrica que se suele encontrar en grandes modelos 3D para comprimir los datos de forma que quepan, en un formato totalmente renderizable, en la memoria de la GPU. El método está diseñado para representaciones voxelizadas de escenas 3D, que son ampliamente utilizadas para diversos cálculos como la aceleración las consultas de visibilidad en la GPU o el trazado de sombras. La compresión se logra fusionando subárboles idénticos a través de una transformación de similitud, y aprovechando la distribución no homogénea de referencias a nodos compartidos para almacenar punteros a los nodos hijo, utilizando una codificación de bits variable. La capacidad y el rendimiento de todos los métodos se evalúan utilizando diversos casos de uso del mundo real de diversos ámbitos y sectores, incluidos el patrimonio cultural, la ingeniería y los videojuegos.[Abstract] This thesis introduces scalable techniques that advance the state-of-the-art in massive model creation and exploration. Concerning model creation, we present methods for improving reality-based scene acquisition and processing, introducing an efficient implementation of scalable out-of-core point clouds and a data-fusion approach for creating detailed colored models from cluttered scene acquisitions. The core of this thesis concerns enabling technology for the exploration of general large datasets. Two novel solutions are introduced. The first is an adaptive out-of-core technique exploiting the GPU rasterization pipeline and hardware occlusion queries in order to create coherent batches of work for localized shader-based ray tracing kernels, opening the door to out-of-core ray tracing with shadowing and global illumination. The second is an aggressive compression method that exploits redundancy in large models to compress data so that it fits, in fully renderable format, in GPU memory. The method is targeted to voxelized representations of 3D scenes, which are widely used to accelerate visibility queries on the GPU. Compression is achieved by merging subtrees that are identical through a similarity transform and by exploiting the skewed distribution of references to shared nodes to store child pointers using a variable bitrate encoding The capability and performance of all methods are evaluated on many very massive real-world scenes from several domains, including cultural heritage, engineering, and gaming

Frictional Contact in Interactive Deformable Environments

L\u2019uso di simulazioni garantisce notevoli vantaggi in termini di economia, realismo e di flessibilit\ue0 in molte aree di ricerca e in ambito dello sviluppo tecnologico. Per questo motivo le simulazioni vengono usate spesso in ambiti quali la prototipazione di parti meccaniche, nella pianificazione e nell\u2019addestramento di procedure di assemblaggio e disassemblaggio inoltre, di recente, le simulazioni si sono dimostrate validi strumenti anche nell\u2019assistenza e nell\u2019addestramento ai chirurghi, in particolare nel caso della chirurgia laparoscopica. La chirurgia laparoscopica, infatti, \ue8 considerata lo standard per molte procedure chirurgiche. La principale differenza rispetto alla chirurgia tradizionale risiede nella notevole limitazione che ha il chirurgo nell\u2019interagire e nel percepire l\u2019ambiente in lavora, sia nella vista che nel tatto. Questo rappresenta una forte limitazione per il chirurgo a cui \ue8 richiesta una lunga fase di addestramento prima di poter ottenere la necessaria destrezza per intervenire in laparoscopia con profitto. Queste limitazioni, d\u2019altra parte, rendono la laparoscopia il candidato ideale per l\u2019introduzione della simulazione nell\u2019addestramento. Attualmente sono disponibili in commercio dei software per l\u2019addestramento alla laparoscopia, tuttavia essi sono in genere basati su modelli rigidi, o modelli che comunque mancano del necessario realismo fisico. L\u2019introduzione di modelli deformabili migliorerebbe notevolmente l\u2019accuratezza e il realismo delle simulazioni. Nel caso dell\u2019addestramento il maggior realismo permetterebbe all\u2019utente di acquisire non solo le conoscenze motorie basilari ma anche capacit\ue0 e conoscenze di pi\uf9 alto livello. I corpi rigidi, infatti, rappresentano una buona approssimazione della realt\ue0 solo in situazioni particolari ed entro intervalli di sollecitazioni molto ristretti. Quando si considerano materiali non ingegneristici, come accade nelle simulazioni chirurgiche, le deformazioni non possono essere trascurate senza compromettere irrimediabilmente il realismo dei risultati. L\u2019uso di modelli deformabili tuttavia introduce notevole complessit\ue0 computazionale per il calcolo della fisica che regola le deformazioni e limita fortemente l\u2019uso di dati precalcolati, spesso utilizzati per velocizzare la fase di identificazione delle collisioni tra i corpi. I ritardi dovuti all\u2019uso di modelli deformabili rappresentano un grosso limite soprattutto nelle applicazioni interattive che, per consentire all\u2019utente di interagire con l\u2019ambiente, richiedono il calcolo della simulazione entro intervalli di tempo molto ridotti. In questa tesi viene affrontato il tema della simulazione di ambienti interattivi composti da corpi deformabili che interagiscono con attrito. Vengono analizzati e sviluppati differenti tecniche e metodi per le diverse componenti della simulazione: dalla simulazione di modelli deformabili, agli algoritmi di identificazione e soluzione delle collisioni e alla modellazione e integrazione dell\u2019attrito nella simulazione. In particolare vengono valutati i principali metodi che rappresentano lo stato dell\u2019arte nella modellazione di materiali deformabili. L\u2019analisi considera i fondamenti fisici su cui i modelli si basano e quindi sul grado di realismo che possono garantire in termini di deformazioni modellabili e la semplicit\ue0 d\u2019uso degli stessi (ovvero la facilit\ue0 di comprensione del metodo, la calibrazione del modello e la possibilit\ue0 di adattare il modello a situazioni differenti) ma viene considerata anche la complessit\ue0 computazionale di ciascun metodo in quanto essa rappresenta un fattore estremamente importante nella scelta e nell\u2019uso dei modelli deformabili nelle simulazioni. Il confronto dei differenti modelli e le caratteristiche identificate hanno motivato lo sviluppo di un metodo innovativo per fornire un\u2019interfaccia comune ai vari metodi di simulazione dei tessuti deformabili. Tale interfaccia ha il vantaggio di fornire dei metodi omogenei per la manipolazione dei diversi modelli deformabili. Ci\uf2 garantisce la possibilit\ue0 di scambiare il modello usato per la simulazione delle deformazioni mantenendo inalterati le altre strutture dati e i metodi della simulazione. L\u2019introduzione di tale interfaccia unificata si dimostra particolarmente vantaggiosa in quanto permette l\u2019uso di un solo metodo per l\u2019identificazione delle collisioni per tutti i differenti modelli deformabili. Ci\uf2 semplifica molto l\u2019analisi e la definizione dei requisiti di tale modulo software. L\u2019identificazione delle collisioni tra modelli rigidi generalmente precalcola delle partizioni dello spazio in cui i corpi sono definiti oppure sfrutta la suddivisione del corpo analizzato in parti convesse per velocizzare la simulazione. Nel caso di modelli deformabili non \ue8 possibile applicare tali tecniche a causa dei continui cambiamenti nella configurazione dei corpi. Dopo che le collisioni tra i corpi sono state riconosciute e che i punti di contatto sono stati identificati e necessario risolvere le collisioni tenendo conto della fisica sottostante i contatti. Per garantire il realismo \ue8 necessario assicurare che i corpi non si compenetrino mai e che nella simulazione delle collisioni tutti i fenomeni fisici di interesse coinvolti nel contatto tra i corpi vengano considerati: questi includono le forze elastiche che si esercitano tra i corpi e le forze di attrito che si generano lungo le superfici di contatto. L\u2019innovativo metodo proposto per la soluzione delle collisioni garantisce il realismo della simulazione e l\u2019integrazione con l\u2019interfaccia proposta per la gestione unificata dei modelli. Una caratteristica importante dei tessuti biologici \ue8 il comportamento anisotropico, dovuto, in genere, alla loro struttura fibrosa. In questa tesi viene proposto un nuovo metodo per aggiungere l\u2019anisotropia al comportamento dei modelli massa molla. Il metodo ha il vantaggio di mantenere la velocit\ue0 computazionale e la semplicit\ue0 di implementazione dei modelli massa molla classici e riesce a differenziare efficacemente la risposta del modello alle sollecitazioni lungo le differenti direzioni. Le tecniche descritte sono state integrate in due applicazioni che forniscono la simulazione della fisica di ambienti con corpi deformabili. La prima delle due implementa tutti i metodi descritti per la simulazione dei modelli deformabili, identifica le collisioni con precisione e le risolve fornendo la possibilit\ue0 di scegliere il modello di attrito pi\uf9 adatto, dimostrando cos\uec la fattibilit\ue0 dell\u2019approccio proposto. La limitazione principale di tale simulatore risiede nell\u2019alto tempo di calcolo richiesto per la simulazione dei singoli passi di simulazione. Tale limitazione \ue8 stata superata in una seconda implementazione che sfrutta il parallelismo intrinseco delle simulazioni fisiche per ottimizzare gli algoritmi e che, quindi, riesce a sfruttare al meglio la potenza computazionale delle architetture hardware parallele. Al fine di ottenere le prestazioni richieste per la simulazione di ambienti interattivi con ritorno di forza, la simulazione \ue8 basata su un algoritmo di identificazione delle collisioni semplificato, ma implementa gli altri metodi descritti in questa tesi. L\u2019implementazione parallela sfrutta le capacit\ue0 di calcolo delle moderne schede video munite di processori altamente paralleli e ci\uf2 permette di aggiornare la scena ogni millisecondo. Questo elimina ogni discontinuit\ue0 nel ritorno di forza reso all\u2019utente e nell\u2019aggiornamento della grafica della scena, inoltre garantisce il realismo necessario alla simulazione fisica sottostante. Le applicazioni implementate provano la fattibilit\ue0 della simulazione della fisica di interazioni complesse tra corpi deformabili. Inoltre, l\u2019implementazione parallela della simulazione rappresenta un promettente punto di partenza per la realizzazione di simulazioni interattive che potr\ue0 essere utilizzato in ambiti di ricerca differenti, quali l\u2019addestramento di chirurghi o la prototipazione rapida.The use of simulations provides great advantages in term of economy, realism, and adaptability to user requirements in many research and technological fields. For this reason simulations are currently exploited, for example, in prototyping of machinery parts, in assembly-disassembly test or training and, recently, simulations have also allowed the development of many useful and promising tools for the assistance and learning of surgical procedures. This is particularly true for laparoscopic intervention. Laparoscopy, in fact, represents the gold standard for many surgical procedures. The principal difference from standard surgery is the reduction of the surgeon ability to perceive the surgical scenario, both from visual and tactile point of view. This represents a great limitation for surgeons who undergo long training before being able to perform laparoscopic intervention with proficiency. This, on the other hand, makes laparoscopy an excellent candidate for the use of simulations for training. Some commercial training softwares are already available on the market, but they are usually based on rigid body models that completely lack the physical realism. The introduction of deformable models may leads to a great increment in terms of realism and accuracy. And, in the case of laparoscopy trainer it may allow the user to learn not only basic motor skills, but also higher level capabilities and knowledge. Rigid bodies, in fact, represents a good approximation of reality only in some situations and in very restricted ranges of solicitations. In particular, when non engineering materials are involved, as happens in surgical simulations, deformations cannot be neglected without completely loosing the realism of the environment. The use of deformable models, however, is limited for the high computational costs involved in the computation of the physics undergoing the deformations and because of the reduction in pre computable data in particular for collision detection between bodies. This represents a very limiting factor in interactive environments where, to allow the user to interactively control the virtual bodies, the simulation should be performed in real time. In this thesis we address the simulation of interactive environment populated with deformable models that interact with frictional contacts. This includes the analysis and the development of different techniques which implement the various parts of the simulation: mainly the methods for the simulation of deformable models, the collision detection and collision solution techniques but also the modelling and the integration of suitable friction models in the simulation. In particular we evaluated the principal methods that represent the state of the art in soft tissue modeling. Our analysis is based on the physical background of each method and thus on its realism in terms of deformations that the method can mimic and on the ease of use (i.e. method understanding, calibration and ability to adapt to different scenarios) but we also compared the computational complexity of different models, as it represents an extremely important factor in the choice and in the use of models in simulations. The comparison of different features in analyzed methods motivated us to the development of an innovative method to wrap in a common representation framework different methodologies of soft tissue simulation. This framework has the advantage of providing a unified interface for all the deformable models and thus it provides the ability to switch between deformable model keeping unchanged all other data structures and methods of the simulation. The use of this unique interface allows us to use one single method to perform the collision detection phase for all the analyzed deformable models, this greatly helped during the identification of requirements and features of such software module. Collision detection phase, when applied to rigid bodies, usually takes advantage of pre computation to subdivide body shapes in convex elements or to construct partitions of the space in which the body is defined to speed up the computation. When handling deformable models this is not possible because of the continuous changes in bodies shape. The collision detection method used in this work takes into account this problem and regularly adapt the data structures to the body configuration. After collisions have been detected and contact points have been identified on colliding bodies, it is necessary to solve the collision in a physics based way. To this extent we have to ensure that objects never compenetrate during the simulation and that, when solving collisions, all the physical phenomena involved in the contact of real bodies are taken into account: this include the elastic response of bodies during the contact and the frictional force exerted between each pair of colliding bodies. The innovative method for solving collision that we describe in this thesis ensures the realism of the simulation and the seamless interaction with the common framework used to integrate deformable models. One important feature of biologic tissues is their anisotropic behavior that usually comes from the fibrous structure of these tissues. In this thesis we propose a new method to introduce anisotropy in mass spring model. The method has the advantages of preserving the speed and ease of implementation of the model and it effectively introduces differentiation of the model behavior along the chosen directions. The described techniques have been integrated in two applications that allows the physical simulation of environments populated with deformable models. The first application implements all the described methods to simulate deformable models, it performs precise collision detection and solution with the possibility to chose the most suitable friction model for the simulation. It demonstrates the effectiveness of the proposed framework. The main limitation of this simulator, i.e. its high computation time, is tackled and solved in a second application that exploits the intrinsic parallelism of physical simulations to optimize the implementation and to exploit parallel architecture computational power. To obtain the performances required for an interactive environment the simulation is based on a simplified collision detection algorithm, but it features all the other techniques described in this thesis. The parallel implementation exploits graphic cards processor, a highly parallel architecture that update the scene every milliseconds. This allows the rendering of smooth haptic feedback to the user and ensures the realism of the physics simulation. The implemented applications prove the feasibility of the simulation of complex interactions between deformable models with physics realism. In addition, the parallel implementation of the simulator represents a promising starting point for the development of interactive simulations that can be used in different fields of research, such as surgeon training or fast prototyping

Spatial Displays and Spatial Instruments

The conference proceedings topics are divided into two main areas: (1) issues of spatial and picture perception raised by graphical electronic displays of spatial information; and (2) design questions raised by the practical experience of designers actually defining new spatial instruments for use in new aircraft and spacecraft. Each topic is considered from both a theoretical and an applied direction. Emphasis is placed on discussion of phenomena and determination of design principles

Multimodal perception for autonomous driving

Mención Internacional en el título de doctorAutonomous driving is set to play an important role among intelligent transportation systems in the coming decades. The advantages of its large-scale implementation –reduced accidents, shorter commuting times, or higher fuel efficiency– have made its development a priority for academia and industry. However, there is still a long way to go to achieve full self-driving vehicles, capable of dealing with any scenario without human intervention. To this end, advances in control, navigation and, especially, environment perception technologies are yet required. In particular, the detection of other road users that may interfere with the vehicle’s trajectory is a key element, since it allows to model the current traffic situation and, thus, to make decisions accordingly. The objective of this thesis is to provide solutions to some of the main challenges of on-board perception systems, such as extrinsic calibration of sensors, object detection, and deployment on real platforms. First, a calibration method for obtaining the relative transformation between pairs of sensors is introduced, eliminating the complex manual adjustment of these parameters. The algorithm makes use of an original calibration pattern and supports LiDARs, and monocular and stereo cameras. Second, different deep learning models for 3D object detection using LiDAR data in its bird’s eye view projection are presented. Through a novel encoding, the use of architectures tailored to image detection is proposed to process the 3D information of point clouds in real time. Furthermore, the effectiveness of using this projection together with image features is analyzed. Finally, a method to mitigate the accuracy drop of LiDARbased detection networks when deployed in ad-hoc configurations is introduced. For this purpose, the simulation of virtual signals mimicking the specifications of the desired real device is used to generate new annotated datasets that can be used to train the models. The performance of the proposed methods is evaluated against other existing alternatives using reference benchmarks in the field of computer vision (KITTI and nuScenes) and through experiments in open traffic with an automated vehicle. The results obtained demonstrate the relevance of the presented work and its suitability for commercial use.La conducción autónoma está llamada a jugar un papel importante en los sistemas inteligentes de transporte de las próximas décadas. Las ventajas de su implementación a larga escala –disminución de accidentes, reducción del tiempo de trayecto, u optimización del consumo– han convertido su desarrollo en una prioridad para la academia y la industria. Sin embargo, todavía hay un largo camino por delante hasta alcanzar una automatización total, capaz de enfrentarse a cualquier escenario sin intervención humana. Para ello, aún se requieren avances en las tecnologías de control, navegación y, especialmente, percepción del entorno. Concretamente, la detección de otros usuarios de la carretera que puedan interferir en la trayectoria del vehículo es una pieza fundamental para conseguirlo, puesto que permite modelar el estado actual del tráfico y tomar decisiones en consecuencia. El objetivo de esta tesis es aportar soluciones a algunos de los principales retos de los sistemas de percepción embarcados, como la calibración extrínseca de los sensores, la detección de objetos, y su despliegue en plataformas reales. En primer lugar, se introduce un método para la obtención de la transformación relativa entre pares de sensores, eliminando el complejo ajuste manual de estos parámetros. El algoritmo hace uso de un patrón de calibración propio y da soporte a cámaras monoculares, estéreo, y LiDAR. En segundo lugar, se presentan diferentes modelos de aprendizaje profundo para la detección de objectos en 3D utilizando datos de escáneres LiDAR en su proyección en vista de pájaro. A través de una nueva codificación, se propone la utilización de arquitecturas de detección en imagen para procesar en tiempo real la información tridimensional de las nubes de puntos. Además, se analiza la efectividad del uso de esta proyección junto con características procedentes de imágenes. Por último, se introduce un método para mitigar la pérdida de precisión de las redes de detección basadas en LiDAR cuando son desplegadas en configuraciones ad-hoc. Para ello, se plantea la simulación de señales virtuales con las características del modelo real que se quiere utilizar, generando así nuevos conjuntos anotados para entrenar los modelos. El rendimiento de los métodos propuestos es evaluado frente a otras alternativas existentes haciendo uso de bases de datos de referencia en el campo de la visión por computador (KITTI y nuScenes), y mediante experimentos en tráfico abierto empleando un vehículo automatizado. Los resultados obtenidos demuestran la relevancia de los trabajos presentados y su viabilidad para un uso comercial.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: Jesús García Herrero.- Secretario: Ignacio Parra Alonso.- Vocal: Gustavo Adolfo Peláez Coronad

Image processing techniques for mixed reality and biometry

2013 - 2014This thesis work is focused on two applicative fields of image processing research, which, for different reasons, have become particularly active in the last decade: Mixed Reality and Biometry. Though the image processing techniques involved in these two research areas are often different, they share the key objective of recognizing salient features typically captured through imaging devices. Enabling technologies for augmented/mixed reality have been improved and refined throughout the last years and more recently they seems to have finally passed the demo stage to becoming ready for practical industrial and commercial applications. To this regard, a crucial role will likely be played by the new generation of smartphones and tablets, equipped with an arsenal of sensors connections and enough processing power for becoming the most portable and affordable AR platform ever. Within this context, techniques like gesture recognition by means of simple, light and robust capturing hardware and advanced computer vision techniques may play an important role in providing a natural and robust way to control software applications and to enhance onthe- field operational capabilities. The research described in this thesis is targeted toward advanced visualization and interaction strategies aimed to improve the operative range and robustness of mixed reality applications, particularly for demanding industrial environments... [edited by Author]XIII n.s