La simulació de mons virtuals habitats per personatges 3D és un problema complex que necessita la integració d'àrees diverses com ara els gràfics per computador i la intel·ligència artificial. De la primera, hom pot obtenir la credibilitat gràfica de l'escena, de la segona, l'autonomia i la interactivitat pròpia de l'animació comportamental dels així coneguts com 3DIVA (3D Intelligent Virtual Agents). Normalment, la interactivitat dels 3DIVA s'adreça a l'entorn (p. ex. la capacitat d'executar tasques sobre els objectes 3D) o a l'usuari (p. ex. la capacitat de comunicació amb un usuari humà, la reproducció d'emocions o actituds expressives, etc.). Amb tot, cal fer una passa endavant quan es treballa amb societats artificials com les que apareixen, per exemple, dins dels mons virtuals dels jocs d'entreteniment, dels simuladors per a l'aprenentatge de tasques civils o militars, o de ciberespais com el famós SecondLife. Malgrat el realisme gràfic assolit per les tècniques d'animació, és necessari aprofundir en la interacció entre aquests actors sintètics autònoms per tal de fer-los evolucionar cap a una intel·ligència social que estiga més a prop de la sociabilitat humana. L'objectiu principal d'aquesta tesi és la integració d'habilitats socials en l'animació comportamental d'humanoides autònoms situats dins de mons virtuals 3D. Per tant, en primer lloc fem una revisió dels mons virtuals habitats, així com dels diferents mecanismes d'animació comportamental emprats normalment en actors sintètics. En segon lloc, repassem els models de sociabilitat més comuns que hom pot trobar dins l'estat de l'art dels agents socialment intel·ligents.La presa de decisions que han de dur a terme els actors sintètics amb capacitats socials per interaccionar amb la resta d'agents comporta processos cognitius complexos i requereix un coneixement abstracte dels elements de l'entorn. Darrerament, hom ha proposat la inclusió d'informació semàntica dins dels entorns virtuals, coneguts sota el terme anglosaxó de Semantic Virtual Environments (SVE). D'acord amb açò, en aquest treball proposem l'ús d'ontologies per aconseguir tres objectius: millorar la sensorització d'escenes complexes, definir operatives generals que els agents puguen reutilitzar en situacions diverses i definir les relacions socials establides entre els membres d'una societat artificial. La natura proactiva dels actors sintètics ha fet que les tècniques d'animació comportamental més comunes, basades en la selecció dinàmica d'accions, es divideixen fonamentalment en dos grups: la planificació de tasques (p. ex. les basades en STRIPS) i els sistemes basats en regles (p. ex. els models Belief-Desire-Intention). Les aportacions principals d'aquesta tesi es troben en la inclusió d'habilitats socials en ambdós paradigmes, ja que els considerem aproximacions vàlides extensament emprades i moltes vegades complementàries. Primerament, presentem com aconseguir comportaments col·laboratius en grups d'agents basats en planificadors heurístics. Fem servir la comunicació d'accions per a la coordinació entre les activitats dels humanoides i la comunicació d'objectius per a la cooperació entre els personatges 3D. Llavors, hem desenvolupat un mecanisme de sospesament heurístic que permet assignar un pes a cada objectiu, de manera que reflectisca la seua importància social. No obstant això, l'eficiència no és l'única manera d'expressar sociabilitat. Pel contrari, la presa de decisions humana sovint té en compte més d'un punt de vista i no tots persegueixen la consecució ràpida de les tasques encarregades. Per tal causa, presentem MADeM (Multi-modal Agent Decision Making), un procés de presa de decisions de tipus social que pot ser emprat per agents BDI per tal de prendre decisions socialment acceptables. MADeM és capaç d'avaluar diferents solucions a un problema mitjançant tècniques socials basades en l'economia de mercats les quals fan servir les subhastes com a mecanisme perquè els agents expressen les seues preferències. / The aim of this thesis is to integrate social skills in the behevioural animation of humanoids inhabiting 3D virtual worlds. In order to behave socially, synthetic actors must be provided with complex decision making mechanisms able to manage abstract knowledge in the environment. Semantical Virtual Environments have recently been proposed not only to ease world modelling but also to enhance agent-object and agent-agent interaction. Thus, we propose the use of ontologies to: i) introduce semantic levels of detail that help the sensorization of complex scenes; ii) create general and reusable operativity for autonomous characters; and iii) define social relations among agents within an artificial society. Essentially, two approaches have been followed when dynamically selecting the actions being performed by proactive virtual actors: task planning (e.g. STRIPS) and rule based systems (e.g. BDI). According to this, we have developed two techniques to incorporate social skills in both paradigms. First, we show how to obtain collaborative behaviours in groups of humanoids based on heuristic search planners. We use action communication to coordinate the agent's activities and goal communication to generate cooperation among the 3D characters. Then, we have developed an heuristic weighting allowing to associate a weight to each goal in order to reflect its social importance. However, efficiency is not the only way of expressing sociability. Instead, human decision making usually considers different points of view. Therefore, we present MADeM (Multi-modal Agent Decision Making), a social agent decision-making proces that BDI agents can use to perform socially acceptable decisions. MADeM uses auctions as the mechanism to get agent preferences (expressed by utility functions) and it is able to evaluate different solutions to a certain problem by means of a social technique based on welfare economics.

Las herramientas de formación basadas en simulación y realidad virtual se han convertido en las últimas décadas en una potente erramienta para la formación y el entrenamiento de multitud de tareas, especialmente aquéllas que conllevan un coste o un riesgo elevado. Debido a las exigencias de este tipo de aplicaciones, los modelos dinámicos utilizados deben  reproducir el comportamiento del sistema simulado con suficiente realismo como para qu los hábitos adquiridos por los aprendices sean correctos. Además, deben ser suficientemente robustos y eficientes como para poder ejecutarse de forma interactiva en tiempo real. Dentro del ámbito de la simulación de maquinaria pesada, los sistemas granulares y la interacción con el terreno (arena, grava, material granel, etc.) forman parte de las tareas  fundamentales que realiza el usuario. Sin embargo, como consecuencia de una metodología inadecuada, existe una deficiencia importante en los modelos existentes para simulación interactiva en tiempo real. A lo largo de este trabajo se revisa la metodología de modelado utilizada habitualmente, y se desarrolla un conjunto de modelos dinámicos para la simulación de sistemas granulares. Para conseguir modelos con un comportamiento suficientemente realista, se parte de estudios teóricos sobre el comportamiento de los sistemas granulares y la interacción con el suelo. A partir de estos estudios, y utilizando el modelo computacional de los Autómatas Celulares, se desarrolla un conjunto de modelos dinámicos que permiten la simulación interactiva de un sistema granular y una herramienta Los modelos se validan  utilizando los trabajos teóricos anteriores, y se analiza el significado de los parámetros para permitir su ajuste en función del tipo de material que se desee simular. Para conseguir una implementación eficiente de los modelos que permita la simulación en tiempo real, se analizan las propiedades estadísticas de la dinámica del sistema. Gracias a este análisis se consigue alcanzar un coste inferior a cuadrático respecto a las dimensiones del sistema simulado. Se revisan las técnicas de representación gráfica existentes y se mejora la representación de las zonas de flujo por medio de l utilización de técnicas de multitextura programadas en el procesador gráfico. / The training tools based on simulation and virtual reality have become in recent decades into a powerful tool for education and training of many tasks, especially those that involve a cost or a high risk. Due to the demands of such applications, the dynamic models have to reproduce the behavior of the system simulated with sufficient realism so that the habits acquired by trainees are correct. Furthermore, they must be sufficiently robust and efficient to be able to run interactively in real time.Within the scope of the simulation of heavy machinery, granular systems and the interaction with the ground (sand, gravel, bulk material, etc..) are part of the fundamental tasks performed by the user. However, as a result of inadequate methodology, there is a major deficiency in existing models for real-time interactive simulation.Throughout this work we review the modeling methodology used routinely, and developed a set of dynamic models for the simulation of granular systems.To obtain models with a sufficiently realistic behavior is part of theoretical studies on the behavior of granular systems and interaction with the ground. From these studies, and using the computational model of cellular automata, we develop a set of dynamic models that allow for interactive simulation of a granular system and a tool.The models are validated using the previous theoretical work, and discusses the significance of the parameters to allow adjustment of the type of material you want to simulate.To achieve an efficient implementation of the models to allow the simulation in real time, we analyze the statistical properties of the dynamics of the system. Thanks to this analysis we reach a cost of less than quadratic with respect to the dimensions of the simulated system.We review the existing techniques of graphic representation and improving the representation of the flow areas through the use of techniques multitextured programmed in the processor graph.

La evolución y abaratamiento de los costes de los equipos informáticos y, en especial, de los procesadores gráficos, han potenciado el uso de las herramientas de entrenamiento basadas en simulación, aplicadas al ámbito civil. Sin embargo, a pesar de los avances que se han producido en el modelado dinámico, existen carencias importantes en los modelos de cables y polipastos utilizados para los simuladores de entrenamiento de grúas  otras máquinas de elevación.  En primer lugar, no existe ningún trabajo que determine de forma clara cómo simular un polipasto que considere tanto la oscilación del cable coo el sistema de poleas. En segundo lugar, diversos autores muestran la aparición de problemas de inestabilidad numérica en la simulación de cables de elevación. En tercer lugar, a pesar de la diversidad de modelos existentes de cables y poleas, resulta difícil encontrar modelos suficientemente flexibles para todo el rango de situaciones que requieren las simulaciones iteractivas en tiempo real.  El objetivo principal de esta investigación es conseguir modelos dinámicos de sistemas de elevación basados en las propiedades ísicas de los cables y las poleas para la simulación interactiva en tiempo real. Para alcanzar este objetivo se recurrirá a una metodología de modelado consistente en el desarrollo de un modelo abstracto delsistema, que permitirá construir modelos dinámicos adecuados para la simulación interactiva.  La principal contribución de este trabajo es el desarrollo de un modelo de polipasto adecuado para aplicaciones de simulación pra entrenamiento, que contempla la interacción entre el cable y las poleas, la oscilación transversal del cable o la variación de la longitud de éste. El modelo desarrollado permite además la interacción con otros objetos del entorno virtual, por medio de fuerzas y de colisiones.  Por medio de la modularización del sistema, se definirán diferentes modelos dinámicos para cada subsistema y se combinarán por medio del modelo abstracto. Esto permitirá integrar cualquiera de estos modelos en el modelo dinámico de polipasto, e incluso intercambiar los modelos en tiempo de ejecución, ampliando el rango de validez del modelo obtenido y mejorando la estabilidad numérica en situaciones de tensión elevada.  Los modelos desarrollados se implementarán, junto con aplicaciones de demostración, desarrollando aquellas técnicas que puedan ser necesarias para su incorporación a un entorno virtual. Las principales propiedades de los modelos se analizarán por medio de experimentos numéricos y se validará su comportamiento. / The evolution and lower costs of computers and especially of graphics processors, have boosted the use of training tools based on simulation, applied to the civil sphere. However, despite the advances that have occurred in the dynamic modeling, there are major shortcomings in the models of cables and pulleys used for the training simulators of cranes and other lifting machinery. First, there is no work to identify clearly how to simulate a hoist to consider both the oscillation of the cable pulley system. Secondly, several authors show the emergence of instability in the numerical simulation of lifting cables. Thirdly, despite the diversity of existing models of pulleys and cables, it is difficult to find models flexible enough for the whole range of situations that require real-time interactive simulations. The main objective of this research is to obtain dynamic models of systems based on raising the physical properties of cables and pulleys to simulate interactively in real time. To achieve this goal we draw a consistent modeling methodology to develop an abstract model of the system, which will build dynamic models suitable for interactive simulation. The main contribution of this work is to develop a model suitable for hoist applications of simulation for training, which involves the interaction between the cable and pulleys, the transverse oscillation of the cable or the variation of the length of it. The model also allows the interaction with other objects in the virtual environment by means of forces and collisions. Through the modularization of the system, different dynamic models are defined for each subsystem and will be combined using the abstract model. This will integrate any of these models in the dynamic model of hoist, and even exchange models at runtime, extending the range of validity of the model and obtained better numerical stability in situations of high tension. The models developed will be implemented, together with demo applications, developing those techniques that may be necessary for joining a virtual environment. The main properties of the samples are analyzed by numerical experiments and validate their behavior.

Las aplicaciones gr¶a¯cas en tiempo real siguen un paradigma de simulaci¶on con-tinuo acoplado. Este paradigma presenta diversos inconvenientes, entre ellos cabedestacar el bajo aprovechamiento de la potencia de c¶alculo de la m¶aquina, la im-posibilidad de de¯nir la QoS de cada objeto y mantenerla durante la ejecuci¶on o elacoplo de los procesos de todos los objetos del sistema, en particular el acoplo delproceso de visualizaci¶on del sistema con el resto de procesos.La tesis propone cambiar el paradigma de simulaci¶on de estas aplicaciones a unparadigma discreto desacoplado. Este nuevo paradigma permite solucionar los pro-blemas del paradigma anterior. Los objetos de¯nen su propia QoS independiente-mente del resto del sistema, incluso se permite de¯nir diferentes QoS para diferentesaspectos del propio objeto. Entre estos objetos, est¶a el objeto visualizador, destina-do a controlar el proceso de visualizaci¶on. El objeto visualizador tambi¶en de¯ne supropia QoS.En el sistema discreto desacoplado cada objeto consume ¶unicamente la poten-cia de c¶alculo estrictamente necesaria para llevar a cabo su simulaci¶on con la QoSde¯nida. Por ello, la potencia de c¶alculo del sistema se reparte entre los objetos enfunci¶on de sus necesidades.El sistema puede adaptarse din¶amicamente, rede¯niendo la QoS de los objetos enfunci¶on de las condiciones de la ejecuci¶on del sistema. Los objetos pueden degradaro mejorar su comportamiento durante periodos de la ejecuci¶on para evitar colapsosdel sistema o para mejorar el comportamiento del sistema. / Real time graphic applications, speci¯cally videogames, follow a paradigm ofcontinuous simulation that couple the simulation phase and the rendering phase.This paradigm can be ine±cient or it can produce incorrect simulations. It has di-sadvantages, some of them are: the inadequate computer power distribution betweenthe graphic application objects, it is not possible to de¯ne the Quality of Service(QoS) of each application object, the object QoS can be maintained during the ap-plication running, the behavior of all the system objects are coupled (speci¯cally therendering process and the simulation process).The proposal is to change the simulation paradigm of real time graphic ap-plications. The new simulation paradigm is discrete and decoupled. The use of adecoupled discrete paradigm avoids the problems of the continuous coupled para-digm and it avoids incorrect simulations, besides it improves the simulation qualityand e±ciency. The discrete simulation paradigm allows to de¯ne a private QoS crite-rion for each aspect of each object in the videogame. The render object is dedicatedto control the application render process. The render object de¯nes its own QoScriteria.It is possible to de¯ne a di®erent sampling frequency for each object aspect in thesystem. The discrete paradigm allows to de¯ne the objects sampling frequency todistribute the computer power adequately among the objects. The computer powerconsumed executing the application is only the necessary to guarantee the QoS ofeach object.The system can be adapted dynamically. The objects QoS can be adjusted tothe objects requirements and the whole system requirements, the system load orcharacteristics. This sampling frequency may change dynamically to adapt the QoSof the object aspect to the real computer power. The result obtained is a discretesystem that allows a Smart System Degradation and may rede¯ne dynamically theobjects aspects QoS. Objects collect system information and use it to adapt its QoS.

En el ámbito de la Oleohidráulica, las bombas de pistón poseen los diseños más sofisticados, de hecho, las bombas de pistones son las únicos capaces de trabajar a altas presiones, además de poseer el mejor rendimiento de todo el grupo de bombas existentes. Sin embargo, cabe señalar que todos los diseños de las bombas de pistón, se basan principalmente en la experiencia de los diseñadores, por lo tanto no existen herramientas matemáticas para optimizar el diseño de las diferentes partes de las bombas. Por otra parte, en la actualidad hay empresas como Oilgear Towler, que inserta ranuras (surcos) en los patines deslizantes y en los pistones, (dos partes principales de estas bombas), pero no hay ningún estudio científico para analizar sus ventajas o desventajas. Por lo tanto, es necesario comprender matemáticamente las ventajas y desventajas debido a la presencia de ranuras en la superficie de diferentes partes de la bomba. Hay cuatro superficies de deslizamiento en las bombas de pistones, plato inclinado patín deslizante, barrilete y placa de cierre, pistón cilindro y junta esférica entre pistón y patín deslizante. Lubricación entre estas superficies es necesaria, apareciendo por tanto fugas de fluido a bombear entre las mismas. En este proyecto, nuestro objetivo es analizar cada una de estas diferentes superficies de deslizamiento por separado para comprender su diseño y el efecto de los parámetros de diseño en el comportamiento de la bomba. Una vez se tenga un buen entendimiento de las diferentes partes de la bomba de pistones, el objetivo es modelar el comportamiento dinámico de la presión y flujo en la salida de la bomba. En concreto se ha realizado: Conjunto plato inclinado, patín deslizante – Estudio de las características estáticas y dinámicas del patín deslizante, incluyendo la ranura tallada en el patín. Las ecuaciones de Navier Stokes en coordenadas cilíndricas se han aplicado entre el patín y el plato incluyendo la ranura. Los resultados presentados en este trabajo contemplan, distribución de la presión, las fugas de fluido, la fuerza y par sobre el patín, se ha estudiado la variación de dichos parámetros al modificar las dimensiones y posición de la ranura. El comportamiento dinámico del patín se ha tenido también en cuenta. Se estudia la posición de la ranura con el fin de optimizar el comportamiento del patín. Barrilete, placa de cierre.- Se analiza mediante la simulación de las ecuaciones de Reynolds de lubricación por FDM (método de diferencias finitas), la distribución de presiones, las fugas, la fuerza y los pares entre el barril y la placa de cierre. La fuerza total y los pares de torsión sobre el barril, se evalúan partiendo de la presión simulada, mostrando que los pares dinámicos que existen sobre el eje XX son mucho menores que los pares actuantes sobre el eje YY. . Pistón cilindro - Se ha investigado el comportamiento del pistón mediante la modificación del número de ranuras y su posición, la distribución de la presión en el intersticio pistón-cilindro, la fuerza sobre el pistón, las fugas y el par de torsión que actúa sobre el pistón se han analizado. También las zonas donde la cavitación es probable que aparezca se han presentado, se discute la forma de prevenir la aparición de cavitación a través del uso de ranuras. La ecuación de lubricación de Reynolds se ha modelizado en el intersticio pistón-cilindro mediante el uso de volúmenes finitos, la excentricidad y el movimiento relativo pistón-cilindro se han considerado. Diferentes configuraciones de ranuras han sido evaluadas con el fin de encontrar mínimas fugas, máximo par y mínima aparición de cavitación. Se especifican instrucciones de diseño para optimizar el comportamiento del pistón. Modelo dinámico de la bomba.- Se ha presentado un amplio conjunto de ecuaciones explícitas para cada parte con movimiento relativo de la bomba de pistones. Todas las ecuaciones se han validado mediante un análisis numérico y en su caso experimental. Las ecuaciones han sido combinadas para estudiar de forma dinámica las perturbaciones de presión y el caudal de fugas. El efecto de la pulsación de caudal cuando se modifica el diseño de la bomba también es presentado. En esta tesis, un modelo de simulación basado en ecuaciones analíticas se ha desarrollado, modelo que produce resultados muy rápidamente y aclara con mucha precisión el efecto de las fugas a través de los diferentes intersticios de la bomba. / In the field of Fluid Power, piston pumps possess the most sophisticated designs, in fact, pistons pumps are the only ones capable of working at high pressures, besides possessing the best performance (efficiency) of the entire group of existing pumps. However, it is noted that all the designs of piston pumps, are mostly based on the experience of the designers, thus there exist no mathematical tools for optimizing the design of the different parts of the pumps. On the other hand, there are now companies like Oilgear Towler, who inserted slots (grooves) in the slippers and in the pistons, (two major parts of these pumps) but there is no scientific study to analyze its advantages or disadvantages. There is therefore a need to understand mathematically to study the advantages and disadvantages due to the presence of the groove on the surface of different pump parts. There are four sliding surfaces in the piston pump, Slipper-swash plate gap, Barrel-valve plate gap, Piston-barrel chamber gap and Spherical bearing, where lubrication exists and leakages through these channels occur. In this project, our aim is to analyze each of these different sliding surfaces separately to understand its design constrains and the effect of the design parameters on the pump behavior. After having a better understanding of all the different parts of the piston pump, the aim is to model the dynamic behavior of pressure and flow at the outlet of the pump. Slipper plate gap - To understand static and dynamic characteristics of a piston pump slipper with a groove. Three dimensional Navier Stokes equations in cylindrical coordinates have been applied to the slipper/plate gap, including the groove. The results presented in this thesis include, pressure distribution, leakage, force and torque variations when groove dimensions and position are being modified, the effect of slipper tangential velocity and turning speed are also considered. Design instructions to optimize slipper/groove performance are also given. Barrel-valve plate gap - Present thesis, analyses the pressure distribution, leakage, force and torque between the barrel and the port plate of an axial piston pump by simulating Reynolds equations of lubrication by FDM (finite difference method). The overall mean force and torques over the barrel are evaluated from simulated pressure and it shows that the torque over the XX axis is much smaller than the torque over the YY axis. A detailed dynamic analysis is then studied by using the temporal torque calculated by Bergada. Piston-barrel chamber gap - It is being investigated the piston performance by modifying the number of grooves and their position, pressure distribution in the clearance piston-cylinder, leakage force and torque acting over the piston will be discussed, also the locations where cavitation is likely to appear will be presented, discussing how to prevent cavitation from appearing via using grooves. A finite volume based Reynolds equation model has been formulated for the piston-cylinder clearance which considers the piston eccentricity and the relative tangential movement between piston and barrel. Different configurations of the grooves have been evaluated in search of finding minimum leakage, minimum appearance of cavitation and maximum restoring torque. Design instructions to optimize the piston behavior are also given. Full pump Model - An extensive set of explicit equations for every pump gap will be presented. All of the equations will be checked via performing a numerical analysis of the specified pump clearance, the equations will then be combined to study dynamically pressure ripple and leakages. The effect on the flow ripple when modifying the pump design will also be presented. Therefore in present thesis, a simulation model based on analytical equations has been developed which produce very fast results and clarify very precisely the effect of different leakages happened through the pump clearances.

Una caracterización precisa y completa del tejido cardíaco es esencial para el diagnóstico y tratamiento de problemas cardíacos. Para caracterizar la función cardíaca desde diferentes perspectivas, en la práctica clínica, se adquieren grandes cantidades de datos de distinta naturaleza sobre un mismo paciente, proporcionando información útil para la evaluación del corazón. Aunque los distintos datos obtenidos de cada paciente se suelen analizar por separado para evaluar la función cardíaca desde diferentes perspectivas, la combinación efectiva de esta información heterogénea podría ser útil para tener una mejor visión de la anatomía y la función cardíaca. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de métodos para integrar imágenes e información de distinta naturaleza para una caracterización del tejido cardíaco más completa y precisa. / An accurate and complete cardiac tissue characterization is essential to diagnose and treat heart problems. To characterize cardiac function from different perspectives, large amounts of data of different nature from the same patient are acquired in clinical practice, providing information that is useful for heart assessment. Although the different data obtained from each patient are often analyzed separately to assess cardiac function from different perspectives, the effective combination of this heterogeneous information may be useful for a better insight into heart anatomy and function. The main objective of this thesis is to develop methods to integrate images and information of different nature for a more complete and accurate cardiac tissue characterization.

Les plataformes d'intercanvi de recursos multimèdia contenen grans quantitats de contingut creat pels seus usuaris. Habitualment, aquest contingut no està ben anotat. En aquesta tesi, proposem mètodes per ajudar els usuaris a anotar el seu contingut d'una manera més completa i uniforme. Concretament, proposem mètodes per recomanar etiquetes - tags - basats en informació sobre anotacions prèvies. Avaluem aquesta tasca utilitzant diverses metodologies i en el context d'una plataforma d'intercanvi de sons. A part de testar el funcionament de diferents mètodes, també analitzem l'impacte d'un d'aquests mètodes en el sistema de tagging d'aquesta plataforma. A més a més, també explorem un nou enfocament per als sistemes de recomanació de tags que incorpora una ontologia amb infromació específica del camp del so. En general, aquesta tesi contribueix a l'avenç de l'estat de l'art dels sistemes de tagging i de recomanació de tags basats en folksonomies, i explora direccions interessants per continuar investigant. / Online sharing platforms host a vast amount of multimedia content generated by its own users. However, such content is typically not uniformly annotated. In this thesis, we propose methods for helping users to annotate their resources in a more comprehensive and uniform way. Specifically, we propose methods for tag recommendation which are based on information gathered from previous resource annotations. Tag recommendation is evaluated using several methodologies and in the context of a large-scale sound sharing platform. Besides studying the performance of several methods in this scenario, we analyse the impact of one of our proposed methods on that platform. In addition, we explore a new perspective for tag recommendation which employs a sound-specific ontology. Overall, this thesis contributes to the advancement of the state of the art in tagging systems and folksonomybased tag recommendation and explores interesting directions for future research.

The rapid adoption of Internet and web technologies has created an opportunity for making music collaboratively by sharing information online. However, current applications for online music making do not take advantage of the potential of shared information. The goal of this dissertation is to provide and evaluate algorithms and representations for interacting with large audio databases that facilitate music creation by online communities. This work has been developed in the context of Freesound, a large-scale, community-driven database of audio recordings shared under Creative Commons (CC) licenses. The diversity of sounds available through this kind of platform is unprecedented. At the same time, the unstructured nature of community-driven processes poses new challenges for indexing and retrieving information to support musical creativity. In this dissertation we propose and evaluate algorithms and representations for dealing with the main elements required by online music making applications based on large-scale audio databases: sound files, including time-varying and aggregate representations, taxonomies for retrieving sounds, music representations and community models. As a generic low-level representation for audio signals, we analyze the framework of cepstral coefficients, evaluating their performance with example classification tasks. We found that switching to more recent auditory filter such as gammatone filters improves, at large scales, on traditional representations based on the mel scale. We then consider common types of sounds for obtaining aggregated representations. We show that several time series analysis features computed from the cepstral coefficients complement traditional statistics for improved performance. For interacting with large databases of sounds, we propose a novel unsupervised algorithm that automatically generates taxonomical organizations based on the low-level signal representations. Based on user studies, we show that our approach can be used in place of traditional supervised classification approaches for providing a lexicon of acoustic categories suitable for creative applications. Next, a computational representation is described for music based on audio samples. We demonstrate through a user experiment that it facilitates collaborative creation and supports computational analysis using the lexicons generated by sound taxonomies. Finally, we deal with representation and analysis of user communities. We propose a method for measuring collective creativity in audio sharing. By analyzing the activity of the Freesound community over a period of more than 5 years, we show that the proposed creativity measures can be significantly related to social structure characterized by network analysis. / La ràpida adopció dInternet i de les tecnologies web ha creat una oportunitat per fer música col•laborativa mitjançant l'intercanvi d'informació en línia. No obstant això, les aplicacions actuals per fer música en línia no aprofiten el potencial de la informació compartida. L'objectiu d'aquesta tesi és proporcionar i avaluar algorismes i representacions per a interactuar amb grans bases de dades d'àudio que facilitin la creació de música per part de comunitats virtuals. Aquest treball ha estat desenvolupat en el context de Freesound, una base de dades d'enregistraments sonors compartits sota llicència Creative Commons (CC) a gran escala, impulsada per la comunitat d'usuaris. La diversitat de sons disponibles a través d'aquest tipus de plataforma no té precedents. Alhora, la naturalesa desestructurada dels processos impulsats per comunitats planteja nous reptes per a la indexació i recuperació d'informació que dona suport a la creativitat musical. En aquesta tesi proposem i avaluem algorismes i representacions per tractar amb els principals elements requerits per les aplicacions de creació musical en línia basades en bases de dades d'àudio a gran escala: els arxius de so, incloent representacions temporals i agregades, taxonomies per a cercar sons, representacions musicals i models de comunitat. Com a representació de baix nivell genèrica per a senyals d'àudio, s'analitza el marc dels coeficients cepstrum, avaluant el seu rendiment en tasques de classificació d'exemple. Hem trobat que el canvi a un filtre auditiu més recent com els filtres de gammatons millora, a gran escala, respecte de les representacions tradicionals basades en l'escala mel. Després considerem tres tipus comuns de sons per a l'obtenció de representacions agregades. Es demostra que diverses funcions d'anàlisi de sèries temporals calculades a partir dels coeficients cepstrum complementen les estadístiques tradicionals per a un millor rendiment. Per interactuar amb grans bases de dades de sons, es proposa un nou algorisme no supervisat que genera automàticament organitzacions taxonòmiques basades en les representacions de senyal de baix nivell. Em base a estudis amb usuaris, mostrem que el sistema proposat es pot utilitzar en lloc dels sistemes tradicionals de classificació supervisada per proporcionar un lèxic de categories acústiques adequades per a aplicacions creatives. A continuació, es descriu una representació computacional per a música creada a partir de mostres d'àudio. Demostrem a través d'un experiment amb usuaris que facilita la creació col•laborativa i dóna suport l'anàlisi computacional usant els lèxics generats per les taxonomies de so. Finalment, ens centrem en la representació i anàlisi de comunitats d'usuaris. Proposem un mètode per mesurar la creativitat col•lectiva en l'intercanvi d'àudio. Mitjançant l'anàlisi de l'activitat de la comunitat Freesound durant un període de més de 5 anys, es mostra que les mesures proposades de creativitat es poden relacionar significativament amb l'estructura social descrita mitjançant l'anàlisi de xarxes. / La rápida adopción de Internet y de las tecnologías web ha creado una oportunidad para hacer música colaborativa mediante el intercambio de información en línea. Sin embargo, las aplicaciones actuales para hacer música en línea no aprovechan el potencial de la información compartida. El objetivo de esta tesis es proporcionar y evaluar algoritmos y representaciones para interactuar con grandes bases de datos de audio que faciliten la creación de música por parte de comunidades virtuales. Este trabajo ha sido desarrollado en el contexto de Freesound, una base de datos de grabaciones sonoras compartidos bajo licencia Creative Commons (CC) a gran escala, impulsada por la comunidad de usuarios. La diversidad de sonidos disponibles a través de este tipo de plataforma no tiene precedentes. Al mismo tiempo, la naturaleza desestructurada de los procesos impulsados por comunidades plantea nuevos retos para la indexación y recuperación de información en apoyo de la creatividad musical. En esta tesis proponemos y evaluamos algoritmos y representaciones para tratar con los principales elementos requeridos por las aplicaciones de creación musical en línea basadas en bases de datos de audio a gran escala: archivos de sonido, incluyendo representaciones temporales y agregadas, taxonomías para buscar sonidos, representaciones musicales y modelos de comunidad. Como representación de bajo nivel genérica para señales de audio, se analiza el marco de los coeficientes cepstrum, evaluando su rendimiento en tareas de clasificación. Encontramos que el cambio a un filtro auditivo más reciente como los filtros de gammatonos mejora, a gran escala, respecto de las representaciones tradicionales basadas en la escala mel. Después consideramos tres tipos comunes de sonidos para la obtención de representaciones agregadas. Se demuestra que varias funciones de análisis de series temporales calculadas a partir de los coeficientes cepstrum complementan las estadísticas tradicionales para un mejor rendimiento. Para interactuar con grandes bases de datos de sonidos, se propone un nuevo algoritmo no supervisado que genera automáticamente organizaciones taxonómicas basadas en las representaciones de señal de bajo nivel. En base a estudios con usuarios, mostramos que nuestro enfoque se puede utilizar en lugar de los sistemas tradicionales de clasificación supervisada para proporcionar un léxico de categorías acústicas adecuadas para aplicaciones creativas. A continuación, se describe una representación computacional para música creada a partir de muestras de audio. Demostramos, a través de un experimento con usuarios, que facilita la creación colaborativa y posibilita el análisis computacional usando los léxicos generados por las taxonomías de sonido. Finalmente, nos centramos en la representación y análisis de comunidades de usuarios. Proponemos un método para medir la creatividad colectiva en el intercambio de audio. Mediante un análisis de la actividad de la comunidad Freesound durante un periodo de más de 5 años, se muestra que las medidas propuestas de creatividad se pueden relacionar significativamente con la estructura social descrita mediante análisis de redes.

Ongoing spontaneous brain activity patterns raise ever-growing interest in the neuroscience community. Complex spatiotemporal patterns that emerge from a structural core and interactions of functional dynamics have been found to be far from arbitrary in empirical studies. They are thought to compose the network structure underlying human cognitive architecture. In this thesis, we use a biophysically realistic computer model to study key factors in producing complex spatiotemporal activation patterns. For the first time, we present a model of decreased physiological signal complexity in aging and demonstrate that delays shape functional connectivity in an oscillatory spiking-neuron network model for MEG resting-state data. Our results show that the inclusion of realistic delays maximizes model performance. Furthermore, we propose embracing a datadriven, comparative stance on decomposing the system into subnetworks. / Últimamente, el interés de la comunidad científica sobre los patrones de la continua actividad espontanea del cerebro ha ido en aumento. Complejos patrones espacio-temporales emergen a partir de interacciones de un núcleo estructural con dinámicas funcionales. Se ha encontrado que estos patrones no son aleatorios y que componen la red estructural en la que la arquitectura cognitiva humana se basa. En esta tesis usamos un modelo computacional detallado para estudiar los factores clave en producir los patrones emergentes. Por primera vez, presentamos un modelo simplificado de la actividad cerebral en envejecimiento. También demostramos que la inclusión del desfase de transmisión en un modelo para grabaciones magnetoencefalográficas del estado en reposo maximiza el rendimiento del modelo. Para ello, aplicamos un modelo con una red de neuronas pulsantes (’spiking-neurons’) y con dinámicas oscilatorias. Además, proponemos adoptar una posición comparativa basada en los datos para descomponer el sistema en subredes.

Within Human-Computer Interaction, older people (60+) are often characterized as a heterogeneous group of consumers of digital content that use ICTs in a limited way due to age-related changes in functional abilities. By drawing on an ethnographical study of ICTs use by approximately 220 older people over a 5-year period in Spain and on two rapid ethnographical studies, in Denmark and Brazil, with around 180, this dissertation presents an alternative view of ICTs use by older people. The results portray older people as creative digital content creators, provide qualitative evidence of how the process of using ICTs have a positive impact on their perceived well-being and argue that their ICTs use is not so heterogeneous as one might think. This dissertation also suggests that fostering the digital inclusion of older people in developing countries such as Brazil rests upon going beyond providing them with physical / technological infrastructures. / En Interacción Persona-Ordenador, las personas mayores (60+) se suelen caracterizar como un grupo heterogéneo de consumidores de contenidos digitales. Basándose en un estudio etnográfico del uso de las TIC por parte de aproximadamente 220 personas mayores en España durante 5 años, y en otros dos estudios etnográficos, de más corta duración, en Dinamarca y Brasil, con 180, esta tesis presenta una visión alternativa del uso que hacen de las TIC los mayores. Los resultados los presentan como creadores de contenidos digitales creativos, aportan evidencias cualitativas del impacto positivo que tiene utilizar estas tecnologías en su percepción de bienestar y plantea que el uso que éstos hacen de las TIC no es tan heterogéneo como se piensa. Esta tesis también sugiere que incrementar la inclusión digital de los mayores en los países en vía de desarrollo como Brasil se debería basar en ir más allá de proporcionar infraestructuras físicas / tecnológicas.