L’animation faciale est l’un des points clés dans le réalisme des scènes 3D qui mettent en scène des personnages virtuels. Ceci s’explique principalement par les raisons suivantes : le visage et les nombreux muscles qui le composent permettent de générer une multitude d’expressions ; ensuite, notre faculté de perception nous permet de détecter et d’analyser ses mouvements les plus fins. La complexité de ce domaine se retrouve dans les approches existantes par le fait qu’il est très difficile de créer une animation de qualité sans un travail manuel long et fastidieux. Partant de ce constat, cette thèse a pour but de développer des techniques qui contribuent au processus de création d’animations faciales. Trois thèmes sont principalement abordés. Le premier concerne la paramétrisation du visage pour l’animation. La paramétrisation a pour but de définir des moyens de contrôle pour pouvoir déformer et animer le visage. Le second s’oriente sur l’animation, et plus particulièrement sur le transfert d’animation. Le but est de proposer une méthode qui permette d’animer le visage d’un personnage à partir de données variées. Ces données peuvent être issues d’un système de capture de mouvement, ou bien elles peuvent être obtenues à partir de l’animation d’un personnage virtuel qui existe déjà. Enfin, nous nous sommes concentrés sur les détails fins liés à l’animation comme les rides. Bien que ces rides soient fines et discrètes, ces déformations jouent un rôle important dans la perception et l’analyse des émotions. C’est pourquoi nous proposons une technique d’acquisition mono-caméra et une méthode à base de poses références pour synthétiser dynamiquement les détails fins d’animation sur le visage. L’objectif principal des méthodes proposées est d’offrir des solutions afin de faciliter et d’améliorer le processus de création d’animations faciales réalistes utilisées dans le cadre d’applications en temps réel. Nous nous sommes particulièrement concentrés sur la facilité d’utilisation et sur la contrainte du temps réel. De plus, nous offrons la possibilité à l’utilisateur ou au graphiste d’interagir afin de personnaliser sa création et/ou d’améliorer les résultats obtenus / Facial animation is one of the key points of the realism of 3D scenes featuring virtual humans. This is due to several reasons : face and the many muscles that compose it can generate a multitude of expressions ; then, our faculty of perception provides us a great ability to detect and analyze its smallest variations. This complexity is reflected in existing approaches by the fact that it is very difficult to create an animation without a long and a tedious manual work. Based on these observations, this thesis aims to develop techniques that contribute to the process of creating facial animation. Three main themes have been addressed. The first concerns the rigging issue of a virtual 3D face for animation. Rigging aims at defining control parameters in order to deform and animate the face. The second deals with the animation, especially on the animation retargeting issue. The goal is to propose a method to animate a character’s face from various data. These data can be obtained from a motion capture system or from an existing 3D facial animation. Finally, we focus on animation finescale details like wrinkles. Although these are thin and discreet, their deformations play an important part in the perception and analysis of emotions. Therefore we propose a monocular acquisition technique and a reference pose based method to synthetise dynamically animation fine details over the face. The purpose is to propose methods to facilitate and improve the process of creating realistic facial animations for interactive applications. We focused on ease to use in addition to the real-time aspect. Moreover, we offer the possibility to the user or graphist to interact in order to personalize its creation and/or improve the results

Universidade de Uberaba / In the past years, motion capture has been widely used in many application areas. In movies and games, motion capture is frequently employed to animate virtual characters. In sports, motion capture and analyses focus on optimizing movements of athletes and injury prevention. More applications areas include medicine, military and engineering. Motion capture can be accomplished by several technologies. However, optical marker-based systems are considered the gold standard of the motion capture field. They can offer high precision levels and flexibility to support most applications, but they are also the most expensive systems due to high costs of hardware and software. Although low-cost optical systems have been proposed in the last decade, these systems cannot provide enough precision, flexibility, automatism and/or real-time capability for a number of applications. In this context, the present research aims to develop a complete and high precision approach to track and reconstruct a cloud of independent markers, in real time, using multiple infrared specialized cameras. The proposed method includes a set of relatively simple algorithms which are part of a three-stage procedure. These stages work on the tracking and matching of the image points and spatial reconstruction of the marker trajectories. In order to evaluate the method, a prototype software has been implemented and experiments were performed using a pack of eight infrared cameras. The NaturalPoint s OptiTrack system, which includes the Arena software, was used as a reference system. In the experiments, the proposed technique was able to successfully track and reconstruct a set of 38 reflective markers in real time. When compared to the commercial software, the method performed better for automatically maker tracking. In addition, the reconstructed trajectories produced by the prototype software were far less contaminated by noise than the trajectories generated by the Arena software. The proposed method should encourage the development of new high performance systems at a more affordable price. / Nos últimos anos, os sistemas de captura de movimento vêm sendo aplicados em diversas áreas do conhecimento. A animação de personagens virtuais na indústria cinematográfica e a avaliação dos movimentos corporais em áreas da saúde e nos esportes são apenas algumas de suas diversas aplicações. Dos diferentes tipos de sistemas de captura de movimento existentes, os sistemas ópticos baseados em marcadores são reconhecidos como os mais avançados e os que oferecem níveis de precisão e flexibilidade suficientes para suportar o maior número de aplicações. Todavia, esses sistemas estão também entre os mais caros, devido ao alto preço dos elementos de hardware e software. As propostas de baixo custo existentes possuem limitações com relação à precisão, flexibilidade, automatismo e/ou velocidade de processamento, que as tornam inviáveis para uma considerável parcela de aplicações. Neste contexto, esta pesquisa propõe um método computacional completo, considerando as principais deficiências dos trabalhos existentes, para rastrear e reconstruir as trajetórias de uma nuvem de marcadores reflexivos independentes, em tempo real, utilizando múltiplas câmeras especializadas de infravermelho. A técnica proposta envolve um conjunto de algoritmos relativamente simples, os quais integram três etapas principais. Estas etapas realizam o rastreamento e o casamento dos pontos nas imagens e a reconstrução tridimensional das trajetórias dos marcadores. O método foi implementado em software e testado utilizando uma coleção de oito câmeras de infravermelho. Como referência, utilizou-se o software Arena e o sistema OptiTrack comercializado pela empresa NaturalPoint. Nos experimentos conduzidos, a técnica foi capaz de rastrear automaticamente um conjunto de 38 marcadores em tempo real. Comparada ao software comercial Arena, a técnica revelou uma melhor capacidade de rastreamento automático dos marcadores e ainda reconstruiu trajetórias com menor incidência de ruídos. O método proposto deve incentivar pesquisadores e empresas a desenvolverem sistemas de captura de movimento de alto desempenho e com menor custo. / Doutor em Ciências

Ambitionen och målet med mitt projekt var att visualisera delar av en berättelse med hjälp av den senaste datortekniken. Detta tog sin form av en 3d-animation. Målet var inte att producera en färdig kortfilm utan att arbeta med utvalda delar. Projektet var indelat i tre block; en planerings- och researchfas, en produktionsfas och en reflektionsfas. Stora delar av magisterarbetet har bestått av att producera innehåll som sedan ska analyseras. Med arbetet vill jag att folk ska få mer förståelse för 3d-tekniken som ett flexibelt och intressant konstverktyg. I denna reflektion som är beroende av produktresultatet försöker jag i ord beskriva den tekniska och estetiska vägen från koncept till produktion. För att få förståelse för mina resonemang i denna reflektion kommer jag att använda mig av bilder från min produktion. Resultatet av magistern är en del av en arbetsprocess som kan analyseras och reflekteras. Med projektet har jag lärt mig att 3d inte är ett likriktat grafiskt verktyg utan en fascinerande konstform som är mer flexibel och personlig än vad man kan tro. Jag har funderat mycket kring det konstnärliga värdet i det jag har skapat och funderat mycket kring vad digital konst egentligen är och hur jag ser på det. / Detta är en reflektionsdel till en digital medieproduktion. cload@evilemail.com www.cloaddust.com

In the wake of motion capture and visual animation one aspect seems to be lacking. A realistic representation of the dynamic and unpredictable human visual perception. A human examines her surroundings in a unpredictable, saliency based and top-down task oriented manner. In the field of computer science, interaction design and the industry of game development, great leaps have been taken when it comes to capture motion of bodies. Motion capture helps developers and film makers to portray realistic humans in virtual environments. Where motion has come far, eyes and perception has not. As of yet a virtual representation of human visual perception, has not been mimicked as close as body motion. This thesis will examine perceived realism in virtual agents, with a focus on eye motion. In this study a virtual agent has been given eye movements of human beings and been compared to an agent based on current virtual agents in games. This is the first step towards synthesizing more than just human motion in virtual agents. It will provide future research with the data and tools needed to produce an algorithm based on the gathered data. Prior context research includes a study of current games. Two participant experiments have been be conducted, both has recorded eye positional data for analysis. The first experiment helps build the second as it compares virtual agents using a Likert scale for a subjective rating of realism. The results offers some very interesting data, indeed data that lie at the core of the study as well as data for further studies. While statistical analyses of Likert scales might be considered ambiguous this study has done so and reached a conclusion. A virtual agent enhanced with eye-motion based on human eye movements does portray a more realistic human like behaviour. / Arbetet undersöker uppfattad realism av virtuella karaktärer som använder mänskliga ögonrörelser. Med hjälp av en Tobii Eye-tracker har personers ögonrörelser spelats in medan de tittat på en virtuell karaktär. Därefter har den informationen använts till att skapa en virtuell karaktär med mänskliga ögonrörelser. En jämförelse mellan dessa har sedan gjorts för att bedöma vad som uppfattas mest realistiskt. Resultaten kan inte statistik säkerställas, även om datan ger indikationer på att det är en skillnad. / Programme: Master of Science Programme in Design, Interaction and Game Technologies/Masterprogram i design, interaktion och spelteknologier Phone nr: +46735305836

Cieľom tejto práce je navrhnúť, zhotoviť a implementovať vlastný systém pre zachytávanie pohybu založený na inerciálnych meracích jednotkách. V rámci budovania teoretického základu bolo preskúmaných viacero metód, avšak primárne bola pozornosť venovaná samotnému inerciálnemu snímanu - jeho kladom a nedostatkom, kľúčovým vlastnostiam a jednotlivým komponentom potrebným pre zostrojenie systému na jeho báze. Tento úvodný zber informácií je nasledovaný fázami návrhu, zhotovenia a zhodnotenia, ktoré sa zaoberajú procesom vývoja a testovania daného riešenia. Hlavným prínosom realizácie systému je zostrojenie zariadení pre snímanie pohybu - jedná sa o malé, ľahké, batériovo napájané zariadenia, ktoré sú kompletne bezdrôtové, či už z hľadiska komunikácie s okolitým svetom, alebo vďaka napájaniu kompatibilnému so štandardom Qi.

No description available.

Skeletal tracking can be accomplished deploying human pose estimation strategies. Deep learning is shown to be the paramount approach in the realm where in collaboration with a ”light detection and ranging” depth camera the development of a markerless motion analysis software system seems to be feasible. The project utilizes a trained convolutional neural network in order to track humans doing sport activities and to provide feedback after biomechanical analysis. Implementations of four filtering methods are presented regarding movement’s nature, such as kalman filter, fixedinterval smoother, butterworth and moving average filter. The software seems to be practicable in the field evaluating videos at 30Hz, as it is demonstrated by indoor cycling and hammer throwing events. Nonstatic camera behaves quite well against a standstill and upright person while the mean absolute error is 8.32% and 6.46% referential to left and right knee angle, respectively. An impeccable system would benefit not only the sports domain but also the health industry as a whole. / Skelettspårning kan åstadkommas med hjälp av metoder för uppskattning av mänsklig pose. Djupinlärningsmetoder har visat sig vara det främsta tillvägagångssättet och om man använder en djupkamera med ljusdetektering och varierande omfång verkar det vara möjligt att utveckla ett markörlöst system för rörelseanalysmjukvara. I detta projekt används ett tränat neuralt nätverk för att spåra människor under sportaktiviteter och för att ge feedback efter biomekanisk analys. Implementeringar av fyra olika filtreringsmetoder för mänskliga rörelser presenteras, kalman filter, utjämnare med fast intervall, butterworth och glidande medelvärde. Mjukvaran verkar vara användbar vid fälttester för att utvärdera videor vid 30Hz. Detta visas genom analys av inomhuscykling och släggkastning. En ickestatisk kamera fungerar ganska bra vid mätningar av en stilla och upprättstående person. Det genomsnittliga absoluta felet är 8.32% respektive 6.46% då vänster samt höger knävinkel användes som referens. Ett felfritt system skulle gynna såväl idrottssom hälsoindustrin.

Hand-intensive work is closely related to the prevalence of upper body and hand/wrist work-related musculoskeletal disorders (WMSDs) in office work, manufacturing, service industries, as well as the healthcare industry. Some risk factors include vibrations, forceful exertions, heavy manual handling, repetitive motions, and prolonged nonneutral wrist postures. To address the growing WMSD epidemic among various occupational groups, simple-to-use exposure measurements are required. However, common quantitative measurement methods for the hand/wrist, such as electrogoniometry and optical motion capture, are both costly and challenging to use. Small, portable inertial measurement units (IMUs) may therefore be considered as a potentially good, affordable wearable option for measuring hand/wrist posture. However, it is difficult to track the position and orientation of a rigid body due to, among other factors, the IMU sensors' sensitivity to ambient magnetic disturbances. As a result, despite advancements in hardware quality, there is still no widely accepted standard for IMU-based motion capture. This study attempted to address this issue by analysing various orientation algorithms to estimate wrist angle from two IMU sensors and compare them to the electrogoniometer-derived measures, i.e., the gold-standard method in field measurements. Five hand-intensive simulated work tasks, each lasting 4–10 minutes, were completed by six participants. These tasks were chosen to resemble some difficult real-world work conditions closely. The wrist posture of the participants was measured using an electrogoniometer and two IMU sensors that were mounted on top of the electrogoniometer's end blocks. The IMU signal of each sensor was processed using seven different orientation algorithms, and the flexion/extension and radial/ulnar deviation angles between them were extracted and compared to the corresponding electrogoniometer angles. For the best-performing orientation algorithm, which was a first-order complementary filter, the mean cross-correlation coefficient between the two measurements was between 0.41 and 0.90 for the flexion/extension and between 0.19 and 0.53 for the radial/ulnar deviation. The mean absolute error (standard deviation) of the best-performing algorithm for the 10th, 50th, and 90th percentile flexion/extension was 8.38 (8.5), 3.99 (3.4), and 11.93 (10) degrees and for the corresponding percentiles of radial/ulnar deviation it was 9.6 (6.5), 5.5 (4.8), and 10.21 (7.1) degrees.  This result can likely be further improved by applying a better orientation algorithm and reducing measurement artifacts such as sensor vibration. However, this experiment demonstrates the potential of IMU-based wrist angle estimation as a simple measurement tool for occupational risk assessment. / Manuellt fysiskt arbete kan orsaka arbetsrelaterade besvär i rörelseorganen i överkropp och hand/handled inom kontorsarbete, tillverkning, industri samt inom hälso- och sjukvårdssektorn. Vibrationer, kraftfulla ansträngningar, tung manuell hantering, upprepade rörelser och långvariga icke-neutrala handledsställningar är några av riskfaktorerna. För att komma till rätta med de arbetsrelaterade besvären bland olika yrkesgrupper, krävs lättanvända exponeringsmätmetoder, eftersom observationsmetoder har en låg tillförlitlighet och de sedvanliga objektiva kvantitativa mätmetoderna för hand/handled, såsom elektrogoniometri och optiska rörelsemätningar, är både dyra och svåra att använda. Små, bärbara s.k. inertial measurement units (IMUs) är därför ett utmärkt, prisvärt och praktiskt alternativ för att mäta hand-/handledsrörelse. Men att estimera positionen och orienteringen av en kroppsdel med hjälp av IMU-sensorer medför stora utmaningar inte minst på grund av sensorernas känslighet för omgivande magnetiska störningar. Trots framsteg i hårdvarukvalitet, finns det fortfarande ingen allmänt accepterad standardmetod för IMU-baserad rörelsemätning. Syftet med det här projektet var att öka kunskapen i det här området genom att analysera olika orienteringsalgoritmer för att uppskatta den absoluta handledsvinkeln från två IMU-sensorer och sedan jämföra den med motsvarande ifrån den etablerade standardmätmetoden med en elektrogoniometer. Fem simulerade handintensiva arbetsuppgifter, var och en mellan 4–10 minuter, genomfördes av sex deltagare. Dessa uppgifter valdes för att härma några arbetsförhållanden som har rapporterats ge risk för besvär. Deltagarnas handledsställning mättes med hjälp av en elektrogoniometer och två IMU-sensorer som monterades ovanpå elektrogoniometers ändblock. IMU-signalen från varje sensor analyserades med sju olika, tidigare framtagna, orienteringsalgoritmer, vinklarna för flexion/extension samt radial/ulnar deviation beräknades och jämfördes sedan med motsvarande elektrogoniometervinklar. För den bäst presterande algoritmen, en första ordningens komplementfilter, varierade den genomsnittliga korrelationskoefficienten mellan 0,41 och 0,90 för flexion/extension och mellan 0,19 och 0,53 för radial/ulnar deviation. Det genomsnittliga absoluta felet (standardavvikelse), för den bäst presterande algoritmen, för den 10:e, 50:e och 90:e percentilen flexion/extension var 8,38 (8,5), 3,99 (3,4) och 11,93 (10) grader. Motsvarande percentiler av radial/ulnar deviation var 9,6 (6,5), 5,5 (4,8) och 10,21 (7,1) grader. Detta resultat kan sannolikt förbättras ytterligare genom att tillämpa en bättre orienteringsalgoritm och minska mätartefakter från sensorvibrationer. Detta experiment visar dock potentialen för IMU-baserad handledsvinkeluppskattning som ett enkelt mätverktyg vid riskbedömningar inom manuella arbeten.

This study seeks to understand upper limb tremor in subjects with essential tremor (ET). A thorough understanding of tremor distribution will allow for the more effective development of tremor suppression devices, which offer an alternative to current treatments. Previous studies primarily focused on tremor in the hand only. This study seeks to characterize the distribution of tremor throughout the upper limb. We measured tremor in 25 subjects diagnosed with ET using motion capture, which provided 0displacement information of the limb during multiple postural and kinetic tasks. Inverse kinematics allowed us to analyze the motion capture data in the 7 major degrees of freedom (DOF) of the upper limb. The power spectral density estimate was used to determine: relative tremor magnitude throughout the DOFs, tremor variation between tasks, variation between subjects, and frequency variations between DOFs. Data analysis revealed that tremor increase is roughly proximal to distal. We also show that tremor magnitude in kinetic tasks is significantly higher than in postural tasks. Although we found some variation in tremor distribution between subjects, the roughly proximal to distal increase in tremor severity holds for several subsets of the study population. Finally, we found that tremor frequency doesnt vary significantly (<<> 1 Hz) between DOFs, in subjects with severe tremor. Our study shows that tremor distribution is quite stereotyped between subjects with ET. Furthermore, we have shown that tremor is greatest in the distal DOFs. This provides a compelling starting point for the development of future tremor suppression devices.

[ES] La neurociencia es un campo que abarca muchas especialidades. El objetivo de esta tesis es subsanar algunas carencias tecnológicas que existen en los métodos actuales de experimentación animal en neurociencia. En esta tesis, se presentan seis proyectos, que tendrán como objetivo mejorar el "Principio de las tres R", el cual fue enunciado por los biólogos ingleses W. M. S. Russell y R. L. Burch, durante la experimentación animal. El comportamiento es uno de los aspectos más importantes de la vida animal. Depende de los vínculos entre los animales, sus sistemas nerviosos y sus entornos. Para estudiar el comportamiento de los animales de laboratorio, se necesitan varias herramientas, pero una herramienta de seguimiento es esencial para llevar a cabo un estudio de comportamiento exhaustivo. Varias herramientas de seguimiento visual están actualmente disponibles. Sin embargo, todas tienen algunos inconvenientes. Por ejemplo, en una situación en la que un animal está dentro de una madriguera o cerca de otros animales, las cámaras de rastreo (tracking) no siempre pueden detectar la ubicación precisa o el movimiento del animal. Por esta razón, los entornos enriquecidos para intentar recrear el hábitat natural de los animales en experimentación no pueden utilizarse, ya que los datos recopilados son insuficientes/inexactos. Con la finalidad de mejorar los experimentos de tracking RFID Assisted Tracking Tile (RATT) es presentado en esta tesis. RATT es un sistema de seguimiento basado en tecnología de identificación pasiva de radiofrecuencia (RFID) y está compuesto por baldosas electrónicas con las que se puede construir una gran superficie, sobre la cual los animales pueden moverse libremente. Esto permite la identificación más precisa de los animales, así como el seguimiento de sus movimientos. Este sistema, que también se puede combinar con un sistema de seguimiento con cámaras, allana el camino para estudios completos de comportamiento en entornos enriquecidos. Dada la capacidad de rastrear animales y, por lo tanto, realizar experimentos de comportamiento exhaustivos, es posible observar cómo se comportan los sujetos desde un punto de vista externo. Sin embargo, si queremos comprender lo que sucede en el cerebro de estos sujetos, es necesario aplicar otras técnicas de análisis, por ejemplo, el estudio de señales dependientes del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD, por sus siglas en inglés). Las señales BOLD se basan en las respuestas vasculares a la activación neuronal y se utilizan ampliamente en estudios de investigación clínicos y preclínicos. En entornos preclínicos, los animales suelen ser anestesiados. Sin embargo, los anestésicos causan cambios en la fisiología de los animales, p. Ej. hipotermia, y esto tiene el potencial de alterar las señales funcionales de MRI (fMRI). Para evitar la hipotermia en roedores anestesiados, se presenta TherMouseDuino. Este es un sistema de control automático de temperatura de código abierto, que reduce las fluctuaciones de la temperatura, lo que proporciona condiciones sólidas para realizar experimentos de resonancia magnética funcional. En los cursos de biología y neurociencia, la anatomía del cerebro se enseña generalmente utilizando imágenes de resonancia magnética (IRM) o secciones histológicas de diferentes planos. Estos muestran las áreas macroscópicas más importantes en el cerebro de un animal. Sin embargo, este método no es dinámico ni intuitivo. En esta tesis se presenta un cerebro de rata impreso en 3D con fines educativos. La manipulación manual de la estructura, facilitada por la ampliación de sus dimensiones, junto con la capacidad de desmontar el "cerebro" en algunas de sus partes principales, facilita la comprensión de la organización 3D del sistema nervioso. Este es un método alternativo y mejorado para enseñar a los estudiantes en general y a los biólogos, en particular, la anatomía del cerebro de rata. / [CA] La neurociència és un camp que abasta moltes especialitats. L'objectiu d'aquesta tesi és esmenar algunes manques tecnològiques que existeixen en els mètodes actuals d'experimentació animal en neurociència. En aquesta tesi, es presenten sis projectes, que tindran com a objectiu millorar el "Principi de les tres R", el qual va ser enunciat pels biòlegs anglesos W. M. S. Russell i R. L. Burch, durant l'experimentació animal. El comportament és un dels aspectes m'és importants de la vida animal. Depèn dels vincles entre els animals, els seus sistemes nerviosos i els seus entorns. Per estudiar el comportament dels animals de laboratori, es necessiten diverses eines, però` una eina de seguiment és essencial per a dur a terme un estudi de comportament exhaustiu. Diverses eines de seguiment visual estan actualment disponibles. No obstant això, totes tenen alguns inconvenients. Per exemple, en una situació en la qual un animal esta` dins d'un cau o prop d'altres animals, les cambres de rastreig (tracking) no sempre poden detectar la ubicació precisa o el moviment de l'animal. Per aquesta raó, els entorns enriquits per a intentar recrear l'hàbitat natural dels animals en experimentació no poden utilitzar-se, ja que les dades recopilades són insuficients/inexactes. Amb la finalitat de millorar els experiments de tracking/seguiment RFID Assisted Tracking Tile (RATT) és presentat en aquesta tesi. RATT es un sistema de seguiment basat en tecnologia d'identificació passiva de radiofreqüència (RFID) i esta` compost per rajoles electròniques amb les quals es pot construir una gran superfície, sobre la qual els animals poden moures lliurement. Això permet la identificació més precisa dels animals, així com el seguiment dels seus moviments. Aquest sistema, que també es pot combinar amb un sistema de seguiment amb cambres, aplana el camí per a estudis complets de comportament en entorns enriquits. Donada la capacitat de rastrejar animals i, per tant, realitzar experiments de comportament exhaustius, és possible observar com es comporten els subjectes des d'un punt de vista extern. No obstant això, si volem comprendre el que succeeix en el cervell d'aquests subjectes, és necessari aplicar altres tècniques d'anàlisis, per exemple, l'estudi de senyals dependents del nivell d'oxigen en la sang (BOLD, per les seues sigles en anglès). Els senyals BOLD es basen en les respostes vasculars a l'activació neuronal i s'utilitzen àmpliament en estudis d'investigació clínics i preclínics. En entorns preclínics, els animals solen ser anestesiats. No obstant això, els anestèsics causen canvis en la fisiologia de els animals, per exemple hipotèrmia, i això te el potencial d'alterar els senyals funcionals de MRI (fMRI). Per a evitar la hipotèrmia en rosegadors anestesiats, es presenta TherMouseDuino. Aquest és un sistema de control automàtic de temperatura de codi obert, que redueix les fluctuacions de la temperatura, la qual cosa proporciona condicions solides per a realitzar experiments de ressonància magnètica funcional. En els cursos de biologia i neurociència, l'anatomia del cervell s'ensenya generalment utilitzant imatges de ressonància magnètica (IRM) o seccions histològiques de diferents plans. Aquests mostren les àrees macroscòpiques més importants en el cervell de un animal. No obstant això, aquest mètode no és dinàmic ni intuïtiu. En aquesta tesi es presenta un cervell de rata imprès en 3D amb finalitats educatius. La manipulació manual de l'estructura, facilitada per l'ampliació de les seues dimensions, juntament amb la capacitat de desmuntar el "cervell" en algunes de les seues parts principals, facilita la comprensió de l'organització 3D del sistema nerviós. Aquest és un mètode alternatiu i millorat per a ensenyar a els estudiants en general i als biòlegs, en particular, l'anatomia del cervell de rata. / [EN] Neuroscience is a field that covers many specialties. The objective of this thesis is to correct some technological deficiencies that exist in current methods of animal experimentation in neuroscience. In this thesis, six projects are presented, which will aim to improve the "Principle of the three Rs" in animal experimentation enunciated by the English biologists W. M. S. Russell and R. L. Burch. In the present era of impressive progress in neuroscience, it is still not arguable that a complete understanding of the brain cannot be possible without a comparable understanding of animal behavior. In order to study the behavior of laboratory animals, various tools are needed, being a reliable tracking system one of the most important to follow large populations of individual subjects that interact in complex manners. Several visual tracking tools are currently available. However, they all have some drawbacks. For example, in a situation where an animal is inside a cave, or is in close proximity to other animals, tracking cameras cannot always detect the precise location or movement of the animal. For this reason, environments that have been enriched in order to attempt to recreate the natural habitat of the animals under experiment, cannot be used, as the data gathered is insufficient/inaccurate. In order to improve the current tracking systems , the RATT is presented. RATT is a tracking system based on passive RFID technology and it is composed of electronic tiles. Using several tiles, a large surface area, on which the animals can move freely, can be built. This enables the more accurate identification of the animals, as well as the tracking of their movements. This system, which can also be combined with a visual tracking system, paves the way for complete behavioral studies in enriched environments. Given the ability to track animals and thus conduct thorough behavioral experiments, it is possible to observe how the subjects behave from an external viewpoint. However, if we want to understand what is going on in the brains of these subjects, it is necessary to apply other analysis techniques, for example the study of BOLD signals. BOLD signals are based on vascular responses to neuronal activation and are used extensively in clinical and preclinical research studies. In preclinical settings, animals are usually anesthetized. However, anesthetics cause changes in the physiology of the animals, e.g. hypothermia, and this has the potential to disrupt fMRI signals. In order to avoid hypothermia in anesthetized rodents, TherMouseDuino is presented. This is an Open-Source automatic temperature control system, which reduces temperature fluctuations, thus providing robust conditions in which to perform fMRI experiments. In biology and neuroscience courses, brain anatomy is generally taught using MRI or histological sections of different planes. These show the most important macroscopic areas in an animals' brain. However, this method is neither dynamic nor intuitive. An anatomical 3D printed rat brain with educative purposes is presented in this thesis. Hand manipulation of the structure, facilitated by the scaling up of its dimensions, together with the ability to dismantle the "brain" into some of main its constituent parts, facilitates the understanding of the 3D organization of the nervous system. This is an alternative and improved method for teaching students in general and biologists, in particular, the rat brain anatomy. / This work was supported in part by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) and FEDER funds under grants BFU2015-64380-C2-2-R (D.M.) and BFU2015-64380-C2-1-R, by EU Horizon 2020 Program 668863-SyBil-AA grant (S.C.). S.C. acknowledges financial support from the Spanish State Research Agency, through the “Severo Ochoa” Programme for Centres of Excellence in R&D (ref. SEV-2013-0317) and by a grant “Ayudas para la formación de personal investigador (FPI)” from the Vicerrectorado de Investigación, Innovación y Transferencia of the Universitat Politècnica de València. / Quiñones Colomer, DR. (2019). Developing preclinical devices for neuroscience research in the fields of animal tracking, fMRI acquisition, and 3D histology cutting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118795