Estimating motion and time to contact in 3D environments: Priors matter

[eng] Until the present moment, an extensive amount of research has been done on how humans estimate motion or parameters of a task, such as the timeto- contact in simple scenarios. However, most avoid questioning how we extract 3D information from 2D optic information. A Bayesian approach based on a combination of optic and prior knowledge about statistical regularities of the environment would allow solving the ambiguity when translating 2D into 3D estimates. The present dissertation aims to analyse if the estimation of motion and time-to-contact in complex 3D environments is compatible with a combination of visual and prior information. In the first study, we analyse the predictions of a Bayesian model with a preference for slow speeds to estimate the direction of an object. The information available to judge movement in depth is much less precise than information about the lateral movement. Thus, combining both sources of information with a prior with preference for low speeds, estimates of motion in depth will be proportionally more attracted to low speeds than estimates of lateral motion. Thus, the perceived direction would depend on stimulus speed when estimating the ball’s direction. Our experimental results showed that the bias in perceived direction increased at higher speeds, which would be congruent with increasingly less precise motion estimates (consistent with Weber’s law). In the second study, we analyse the existing evidence on using a priori knowledge of the Earth’s gravitational acceleration and the size of objects to estimate the time to contact in parabolic trajectories. We analysed the existing evidence for using knowledge of the Earth’s gravity and the size of an object in the interaction with the surrounding environment. Next, we simulate predictions of the GS model. This model allows predicting the time to contact based on a combination of a priori variables (gravity and ball size) and optic variables. We compare the accuracy of the predictions of time-to-contact with an alternative only using optic variables, showing that relying on priors of gravitation and ball size solves the ambiguity in the estimation of the time-to-contact. Finally, we offer scenarios where the GS model would lead to predictions with systematic errors, which we will test in the following studies. In the third study, we created trajectories for which the GS model gives accurate predictions of the time to contact at different flight times but provides different systematic errors at any other time. We hypothesized that if the ball’s visibility is restricted to a short time window, the participants would prefer to see the ball during the time windows in which the model predictions are accurate. Our results showed that observers preferred to use a relatively constant ball viewing time. However, we showed evidence that the direction of the errors made by the participants for the different trajectories tested corresponded to the direction predicted by the GS model. In the fourth and final study, we investigated the role of a priori knowledge of the Earth’s gravitational acceleration and ball size in estimating the time of flight and the direction of motion of an observer towards the interception point. We introduced our participants in an environment where both gravitational acceleration and ball size was randomized trial-to-trial. The observers’ task was to move towards the interception point and predict the remaining flight time after a short occlusion. Our results provide evidence for using prior knowledge of gravity and ball size to estimate the time-to-contact. We also find evidence that gravitational acceleration may play a role in guiding locomotion towards the interception point. In summary, in this thesis, we contribute to answering a fundamental question in Perception: how we interpret information to act in the world. To do so, we show evidence that humans apply their knowledge about regularities in the environment in the form of a priori knowledge of the Earth’s gravitational acceleration, the size of the ball, or that objects stand still in the world when interpreting visual information.[spa] Hasta el momento, se ha realizado una gran cantidad de investigación sobre como el ser humano estima el movimiento o los parámetros de una tarea como el tiempo de contacto en escenarios simples. Sin embargo, la mayoría evita preguntarse cómo se extrae la información 3D a partir de la información óptica 2D. Un enfoque bayesiano basado en una combinación de información óptica y a priori sobre regularidades estadísticas del entorno interiorizadas en forma de conocimiento permitiría resolver la ambigüedad a la hora de traducir claves ópticas en 2D a estimaciones sobre propiedades del mundo en 3D. El objetivo de esta tesis es analizar si la estimación del movimiento y del tiempo de contacto en entornos 3D complejos es compatible con una combinación de información visual y a priori. En el primer estudio, se analizan las predicciones de un modelo bayesiano con preferencia por las velocidades lentas para la estimación de la dirección de un objeto. La información disponible para juzgar el movimiento en profundidad es mucho menos precisa que la información sobre el movimiento lateral. Así, cuando se combinan ambas fuentes de información con un prior con preferencia por la velocidad baja, las estimaciones del movimiento en profundidad serán proporcionalmente más atraídas por el prior que las estimaciones del movimiento lateral. Por lo tanto, la dirección percibida dependería de la velocidad del estímulo. Nuestros resultados experimentales mostraron que el sesgo en la dirección percibida aumentaba a velocidades más altas, lo que sería congruente con estimaciones de movimiento cada vez menos precisas (consistente con la ley de Weber). En el segundo estudio, analizamos las evidencias existentes sobre el uso del conocimiento a priori de la aceleración gravitatoria de la Tierra y el tamaño de los objetos para estimar el tiempo de contacto en trayectorias parabólicas. Analizamos las pruebas existentes sobre el uso del conocimiento de la gravedad de la Tierra y el tamaño de un objeto en la interacción con el entorno. A continuación, simulamos las predicciones del modelo GS, un modelo que permite predecir el tiempo de contacto a partir de una combinación de variables a priori (gravedad y tamaño de pelota) y variables ópticas. Comparamos la precisión de las predicciones del tiempo de contacto con una alternativa que solo utiliza variables ópticas, mostrando que basarse en las variables a priori de la gravedad y el tamaño de la bola resuelve la ambigüedad en la estimación del tiempo de contacto. Por último, mostramos varios escenarios en los que el modelo GS conduciría a predicciones con errores sistemáticos; escenarios que pondremos a prueba en los siguientes estudios. En el tercer estudio, creamos trayectorias para las que el modelo GS da predicciones precisas del tiempo hasta el contacto en diferentes tiempos de vuelo, pero proporciona diferentes errores sistemáticos en cualquier otro momento. Hipotetizamos que, si la visibilidad de la pelota está restringida a una ventana de tiempo corta, los participantes preferirían ver la pelota durante las ventanas de tiempo en las que las predicciones del modelo son precisas. Nuestros resultados mostraron que los observadores preferían utilizar un tiempo de visualización de la pelota relativamente constante. Por otra parte, mostramos pruebas de que la dirección de los errores cometidos por los participantes para las diferentes trayectorias probadas se correspondía con la dirección predicha por el modelo GS. En el cuarto y último estudio, investigamos el papel del conocimiento a priori de la aceleración gravitatoria de la Tierra y del tamaño de la pelota en la estimación del tiempo de vuelo y la dirección de movimiento de un observador hacia el punto de interceptación. Introdujimos a nuestros participantes en un entorno en el que tanto la aceleración gravitatoria como el tamaño de la pelota se asignaban aleatoriamente ensayo a ensayo. La tarea de los observadores consistía en desplazarse hacia el punto de interceptación y predecir el tiempo de vuelo restante tras una breve oclusión. Nuestros resultados proporcionan pruebas del uso del conocimiento previo de la gravedad y el tamaño de la pelota para estimar el tiempo de contacto. También encontramos pruebas de que la aceleración gravitatoria puede desempeñar un papel en la orientación de la locomoción hacia el punto de intercepción. En resumen, en esta tesis contribuimos a responder a una cuestión fundamental en la Percepción: como interpretamos la información para actuar en el mundo. Para ello, mostramos evidencias de que los humanos aplican sus conocimientos sobre regularidades del entorno en forma de conocimiento a priori de la aceleración gravitatoria de la tierra, del tamaño de la pelota o de la estabilidad del mundo a nuestro alrededor para interpretar la información visual

Gravity and known size calibrate visual information to time parabolic trajectories

Catching a ball in a parabolic flight is a complex task in which the time and area of interception are strongly coupled, making interception possible for a short period. Although this makes the estimation of time-to-contact (TTC) from visual information in parabolic trajectories very useful, previous attempts to explain our precision in interceptive tasks circumvent the need to estimate TTC to guide our action. Obtaining TTC from optical variables alone in parabolic trajectories would imply very complex transformations from 2D retinal images to a 3D layout. We propose based on previous work and show by using simulations that exploiting prior distributions of gravity and known physical size makes these transformations much simpler, enabling predictive capacities from minimal early visual information. Optical information is inherently ambiguous, and therefore, it is necessary to explain how these prior distributions generate predictions. Here is where the role of prior information comes into play: it could help to interpret and calibrate visual information to yield meaningful predictions of the remaining TTC. The objective of this work is: (1) to describe the primary sources of information available to the observer in parabolic trajectories; (2) unveil how prior information can be used to disambiguate the sources of visual information within a Bayesian encoding-decoding framework; (3) show that such predictions might be robust against complex dynamic environments; and (4) indicate future lines of research to scrutinize the role of prior knowledge calibrating visual information and prediction for action control

Urban Green Infrastructure Accessibility: Investigating Environmental Justice in a European and Global Green Capital

Access to green spaces offers numerous benefits to citizens and is key to achieving environmental justice. This article explores accessibility to green infrastructure (GI) in Vitoria-Gasteiz, Spain, the European and Global Green Capital in 2012 and 2019. Vitoria-Gasteiz was selected as a case study because it combines actions aimed at promoting green infrastructure in the city along with an urban model that in recent years has favored more expansive urbanism. Manhattan distance and configurational analysis is used to investigate accessibility to the most relevant elements of the GI system and their integration in the urban tissue. Considering the actual pedestrian mobility network, configurational accessibility is examined globally and locally with 1 km and 300 m radii. The analysis reveals great differences both in global and local configurational accessibility across fifty components of the GI system that are greater than 0.5 ha and open for public use. It also shows that, while almost all inhabitants (97.9%) reside within 1 km from these green areas, 27.7% of the population live more than 300 m away. The investigation demonstrates the need to improve the city’s GI to provide universal accessibility to green spaces. It offers useful methods that planning professionals and local administrations can use to assess residents’ access to green areas and guide future GI transformation and development towards environmental justice.This research was funded by the Basque Government (Built Heritage Research Group; Grant: IT1617-22), the Spanish Government’s State Program for Research, Development and Innovation aimed at the challenges of society (SUDIAP; Grant: PID2019-108120RB-C32), and the Spanish Government and ERDF—A way of making Europe (MCIN/AEI/10.13039/501100011033; Grant: PID2021-123686OB-I00)

L’esport com a mitjà per al foment de l’esportivitat: un programa educatiu en centres escolars alabesos

Aquest article presenta una experiència de treball continu, durant el curs acadèmic 2009-2010, per al foment de l’esportivitat i la prevenció de la violència en l’esport en edat escolar, inclosa en el programa d’esport escolar de la Diputació Foral d’Àlaba. Hi han participat els agents directes (entrenadors, pares i mares, joves esportistes i àrbitres) i indirectes (responsables institucionals, esportistes d’elit i mitjans de comunicació) que envolten els joves esportistes de 10 centres escolars de la província d’Àlaba. S’han implementat tres estratègies –1) “gest esportiu”; 2) tallers formatius, i 3) activitat del “world café”–, amb l’objectiu de reduir la incidència de comportaments antiesportius en els contextos esportius en edat escolar, fomentant subsegüentment els comportaments d’esportivitat. Els resultats mostren que els participants consideren que cadascuna de les accions implementades són útils per millorar la qualitat esportiva en els contextos esportius escolars

Análisis y optimización de un pipeline de videovigilancia

En los últimos años, se ha experimentado un desarrollo enorme en el campo de la detección y clasificación de objetos. Ahora es posible dotar a un sistema de videovigilancia de la capacidad de distinguir los objetos que está monitorizando, pudiendo actuar en consecuencia. En parte, este avance ha sido posible gracias a las redes neuronales. Estas se han beneficiado de la enorme cantidad de imágenes etiquetadas disponibles para su entrenamiento y a la gran potencia computacional del hardware actual, lo que ha permitido que las redes neuronales alcancen una gran precisión en la detección de objetos. Existen muchos modelos de redes neuronales diseñados para tener la mejor precisión. Estos modelos utilizan técnicas novedosas que aumentan poco a poco las necesidades computacionales del modelo, por lo que consiguen avances en precisión cada muy poco tiempo. No obstante, en general, las redes más precisas suelen ser ejecutadas en aceleradores o en GPUs para alcanzar un rendimiento razonable. Sin embargo, en la práctica, no es posible disponer de una GPU de alta gama para cada proyecto de detección de objetos debido a su elevado coste. Además, la precisión que ofrecen es muy elevada, y en muchos casos se puede prescindir de precisión a cambio de reducir la carga computacional. Este trabajo explora alternativas basadas en redes neuronales a las técnicas de detección existentes en un sistema de videovigilancia, centrándose en la optimización de la red y en el hardware que será capaz de ejecutarla. Se va a centrar en el sistema de videovigilancia de la empresa Buavi. Las GPUs convencionales consumen mucha energía y ocupan mucho tamaño. No siempre es posible disponer de una GPU para realizar inferencia, por lo que en ciertos entornos es necesario usar CPUs que permitan clasificar objetos con una precisión suficiente a la vez que mantienen el consumo de energía bajo. Normalmente estas soluciones son necesarias en entornos remotos o en equipos ya instalados que no dispongan de GPU u otros aceleradores. El resultado del trabajo ha sido el despliegue de una red que se puede ejecutar sobre CPU, y que permite detectar personas. La red es capaz de monitorizar varias cámaras a la vez, por lo que se han alcanzado los objetivos planteados al comienzo de este proyecto.<br /

Sport as a Means to Promote Sportsmanship: an Educational Program for Schools in Álava

LCC Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 3.0 España[EN] This paper presents a continuous work experience, during the academic year 2009-2010, to promote sportsmanship and the prevention of violence in sport at school, included in the school sports program of the Provincial Council of Álava. Both direct agents (coaches, parents, young athletes and referees) and indirect agents (institutional leaders, elite athletes and media) familiar to the young athletes from 10 schools in the province of Álava participated. Three strategies were implemented: 1) "sporting gesture", 2) training workshops and, 3) the activity of the "world café", which aimed to reduce the incidence of unsportsmanlike behaviour in sporting contexts at school, subsequently promoting good sportsmanship. The results show that participants consider that each of the actions implemented are useful for improving the quality of sports school environments.[ES] Este artículo presenta una experiencia de trabajo continuo, durante el curso académico 2009-2010, para el fomento de la deportividad y la prevención de la violencia en el deporte en edad escolar, incluido en el programa de deporte escolar de la Diputación Foral de Álava. Han participado los agentes directos (entrenadores, padres y madres, jóvenes deportistas y árbitros) e indirectos (responsables institucionales, deportistas de élite y medios de comunicación) que rodean a los jóvenes deportistas, de 10 centros escolares de la provincia de Álava. Se han implementado tres estrategias: 1) “gesto deportivo”; 2) talleres formativos, y 3) la actividad del “world café”, con el objetivo de reducir la incidencia de comportamientos antideportivos en los contextos deportivos en edad escolar, fomentando subsiguientemente los comportamientos de deportividad. Los resultados muestran que los participantes consideran que cada una de las acciones implementadas son útiles para mejorar la calidad deportiva en los contextos deportivos escolares

Factores predictivos de localización dificultosa del espacio epidural: Faitot V, Ourchane R, Dahmani S, Magheru M, Nebout S, Gomas F, Katz A, Salomon L, Keïta-Meyer H. An observational study of factors leading to difficulty in resident anaesthesiologists identifying the epidural space in obstetric patients. Int J Obstet Anesth 2011, 20:124-127

Los múltiples intentos en la colocación de una aguja epidural ocasionan molestias a las pacientes y pueden provocar complicaciones: cefalea postpunción dural, punción traumática de un nervio o hematoma espinal. El objetivo de este estudio es identificar los factores que dificultan la canulación del espacio epidural en residentes sin experiencia en anestesia obstétrica. En estudios previos la experiencia del anestesiólogo resultaba controvertida

La actividad del World Café, una herramienta para la evaluación y desarrollo de los valores en el deporte escolar

[ES] El presente trabajo presenta una experiencia aplicada que pretende conocer las opiniones, de los agentes sociales que rodean a los jóvenes deportistas, para la promoción de valores. A través de la actividad del World Café, los agentes sociales implicados en el deporte escolar aportaron orientaciones enfocadas a mejorar la calidad educativa del deporte. Un grupo de 56 participantes [padres/madres (8), árbitros (8), profesores de educación física (8), entrenadores (8), deportistas de élite (8), deportistas escolares (8) y representantes institucionales (8)] debatieron, desde su perspectiva, cómo consideraban que podían ayudar en la promoción de valores en los contextos deportivos escolares en los que participan. Entre los resultados más relevantes destacan, la necesidad de concretar desde el propio centro escolar los valores que se pretenden promocionar a través del deporte; en segundo lugar, la importancia de llevar a cabo una coordinación entre los agentes directos que rodean a los jóvenes deportistas; y finalmente, llevar a cabo una formación dirigida a monitores y padres/madres, que les permita adquirir herramientas adecuadas para la promoción de valores.[EN] This article outlines an applied experience that aimed to find out the views of the social agents that have contact with young athletes, in order to facilitate the promotion of values. Through the activities of the World Café, the social agents involved in school sports came to share their experience in order to look from all the different angles at how the educational quality of sport can be improved. A group of 56 participants [parents (8), referees (8), physical education teachers (8), sports coaches (8), elite athletes (8), school athletes (8) and institutional representatives (8)] gave their points of view on how they considered that they could help in the promotion of values in the context of the school sports in which they take part. Among the most noteworthy results was the need for the school centre itself to set out very clearly the values that they strive to promote through sport. Secondly, the importance was underlined of coordination between the agents that have direct contact with the young sportspeople. Lastly, the advisability of carrying out training sessions aimed at monitors and parents was highlighted, to enable them to acquire the necessary tools for the promotion of value

Carta Digital para el planeamiento y ejecución de misiones a cargo de una Compañía o Sección de Infantería Mecanizada.

La cantidad y calidad de información geográfica en términos de exactitud, precisión y actualidad condiciona el correcto desarrollo de operaciones militares y facilita el proceso de toma de decisiones. Junto a esto, otro factor crítico es la capacidad para gestionarla correctamente invirtiendo para ello el menor tiempo posible. Para dotar de esta capacidad a Compañías y Secciones, el Ejército de Tierra ha desarrollado sus propio Sistema de Información Geográfica, Carta Digital. En la actualidad, este software cuenta con dos versiones: la versión escritorio (o desktop) que está pensada para el análisis del terreno y el planeamiento de una misión, y la versión Android, reservada para la ejecución de esa misión. Sin embargo, los Cuadros de Mando (CUMAS) del Regimiento de Infantería “La Reina” Nº2, detectaron que el uso de Carta Digital para el planeamiento y ejecución de misiones a cargo de una Compañía o Sección de Infantería Mecanizada era, cuanto menos, muy deficiente. Así, el objetivo del presente Trabajo de Final de Grado es diseñar un protocolo de actuación que guie la realización del planeamiento y ejecución de los distintos tipos de misiones a los que se enfrentan las unidades de tipo Compañía o Sección de Infantería Mecanizada mediante el empleo de las dos versiones de Carta Digital (versión escritorio y móvil). Con ello, se pretende estandarizar y sacar el máximo provecho de una herramienta de ayuda a la decisión creada por el propio Ejército de Tierra combatiendo el desconocimiento que sobre ésta existe en la actualidad. De este objetivo se desprende que es necesario alcanzar los siguientes objetivos parciales: (i) determinar las necesidades de índole geográfica que tienen estas unidades y conocer cómo son cubiertas actualmente; (ii) analizar las capacidades potenciales de las dos versiones de Carta Digital para la toma de decisiones en el planeamiento y la ejecución de las operaciones de las unidades seleccionadas; (iii) crear un protocolo fundamentado en un ejercicio práctico real; (iv) proponer mejoras en Carta Digital para que el protocolo diseñado sea más efectivo. La metodología trazada para cumplir con el objetivo principal está en relación con estos objetivos parciales, por lo que divide en cuatro fases: (i) determinación de las necesidades de índole geográfica que tienen las unidades de Compañía o Sección de Infantería Mecanizadas y conocimiento de cómo son satisfechas en la actualidad; (ii) análisis de las capacidades de Carta Digital para la toma de decisiones en el planeamiento y la ejecución de las operaciones de estas unidades; (iii) Creación de un protocolo en base un ejercicio práctico real; y (iv) proposición de mejoras en Carta Digital fruto de la experiencia adquirida durante el diseño y la aplicación durante las PEXT del protocolo. Los resultados identifican cual es la información del terreno más relevante para las unidades de Compañía o Sección de Infantería Mecanizadas y el desplazamiento de Carta Digital en las tareas de planeamiento y la ejecución por otras aplicaciones civiles qué consideran más fáciles de usar. Sin embargo, se constata una buena predisposición al uso de Carta Digital si se les facilita un protocolo de actuación que facilite estas tareas. A su vez, se constata que Carta Digital dispone de las herramientas de análisis básicas que precisa el planeamiento y la ejecución de la Infantería Mecanizada, proporcionando una utilidad que no está disponible en ningún otro software y que resulta esencial para estas tareas: la función de implementación de simbología APP-6C del STANAG OTAN. Con ello, y utilizando como base una maniobra realizada al final de las Prácticas Externas, se obtiene un protocolo que recoge de forma apropiada la secuencia temporal detallada de planeamiento y ejecución de misiones a cargo de una Compañía o Sección de Infantería Mecanizada mediante el uso combinado de las versiones desktop y Android de Carta Digital. Finalmente, se identifican una serie de puntos débiles en las dos versiones del programa que incrementarían la efectividad del citado protocolo.<br /

Plataformas Aéreas No Tripuladas en los Batallones de Infantería. Estudio de vulnerabilidades y soluciones tácticas y técnicas.

La aviación ha ocupado un gran papel en el progreso de los conflictos militares desde sus inicios, sin embargo, las aeronaves no tripuladas se empezaron a emplear en este ámbito durante la Segunda Guerra Mundial. Pero ha sido durante los últimos años cuando se ha observado una considerable implicación en el desarrollo de las operaciones, que por otro lado también ha provocado el perfeccionamiento de los métodos de neutralización. En este contexto se ha buscado identificar una serie de mejoras en los RPAS de los Batallones de Infantería, el cual actualmente se trata del UAV RAVEN RQ-11B, respecto a sus vulnerabilidades y amenazas electromagnéticas. Estas mejoras han sido enfocadas a dos aspectos diferentes, por un lado las mejoras técnicas y por otro lado las mejoras tácticas. Para la obtención de estas primeras, se ha desarrollado un Método de Análisis Jerárquico, cuyas alternativas han sido seleccionadas mediante un proceso de Brainstorming compuesto por varios expertos en el tema y los criterios a través de una encuesta realizada a un total de 35 militares. Respecto a las mejoras tácticas, se han planteado un total de tres mejoras seleccionadas con el mismo grupo de expertos nombrado anteriormente, además en dos de ellas se han empleado varias herramientas matemáticas para hacer una investigación más en profundidad sobre su viabilidad. Por último, una vez terminados todos los procesos que se han llevado a cabo durante la investigación, se han obtenido una serie de propuestas de mejoras tanto técnicas como tácticas, las cuales se encuentran avaladas por los métodos matemáticas analizados para su decisión. <br /