Tesis por compendio / La Realidad Virtual (RV) aún no se ha explotado en la evaluación de la memoria espacial. Los sistemas actuales de RV para la evaluación de la memoria espacial incluyen interacción mediante el uso de dispositivos tradicionales (por ejemplo, pantallas y teclados). Este tipo de interacción clásica con el sistema es ineficaz porque la sensación de presencia del usuario es muy pobre. Si el usuario no tiene la sensación de "estar ahí" en el entorno virtual, es posible que la memoria espacial no se evalúe correctamente. Por tanto, desarrollar un sistema que permita a los participantes estar activos en el entorno virtual, podría evaluar la memoria espacial de la misma forma que se puede evaluar en un entorno real. El objetivo principal de esta tesis fue diseñar, desarrollar y validar un sistema inmersivo de RV en el que el usuario pueda interactuar mediante movimiento físico. El entorno virtual se diseñó a partir de una ciudad con forma cuadrada. La tarea cognitiva, basada en dicho entorno, constaba de seis niveles. El objetivo de los niveles para la tarea principal era evaluar la memoria a corto plazo de los niños para la localización de objetos en el entorno virtual. El sistema de RV incorporó dos tipos de interacción. 1) Una condición física activa (caminar físicamente sobre una Wii Balance Board y cambiar la dirección girando un volante inalámbrico). 2) Una condición inactiva (estando de pie y usando un gamepad). Para la visualización de la tarea, se utilizó una pantalla grande y estéreo. Para la validación, se realizaron dos estudios (N=212). El rendimiento de nuestra tarea se comparó con métodos tradicionales. Se encontraron correlaciones entre nuestra tarea y los métodos tradicionales, lo que indica que nuestra tarea ha demostrado ser una herramienta válida para evaluar la memoria espacial a corto plazo en niños. Con respecto al tipo de interacción, los resultados mostraron que no hubo diferencias estadísticamente significativas con respecto a la puntuación obtenida en nuestra tarea y en función de la interacción utilizada. Éste es un buen resultado porque significa que la tarea es adecuada para la evaluación de la memoria espacial y que los dos tipos de interacción se pueden utilizar para este fin. Con respecto a las diferencias de género en la puntuación de la tarea y Corsi Block Tapping Test, los resultados indicaron que no hubo diferencias estadísticamente significativas para el género. Con respecto a facilidad de uso y satisfacción, se demostró que el uso de la condición inactiva no difirió significativamente de la condición física activa para las preguntas de usabilidad y satisfacción. Previamente al desarrollo del sistema de RV mencionado, desarrollamos un sistema de RV, con interfaces de usuario naturales (NUI) y una pantalla autoestereoscópica, para aprendizaje dental. El sistema incluye dos modos: fondo neutro y mundo real. Este sistema fue validado con 33 estudiantes. Con este primer desarrollo, se adquirió el conocimiento necesario para poder afrontar el segundo desarrollo, núcleo de la tesis. Las siguientes conclusiones generales se extrajeron de los 2 desarrollos y los 3 estudios: Aprendizaje - Los sistemas de RV con autoestereoscopía, con diferentes fondos y NUI, han demostrado ser herramientas eficaces para aprender la morfología dental - Con este tipo de sistemas, los niños pueden aprender y, al mismo tiempo, pueden divertirse - La estereoscopía y NUI son apropiadas para el desarrollo de juegos educativos y pueden ser explotadas en su desarrollo Memoria espacial - Los sistemas de RV, con estereoscopía y dos interfaces de usuario diferentes, han demostrado ser herramientas fiables y efectivas para evaluar la memoria espacial en niños - Con este tipo de sistemas, los niños pueden ser evaluados mientras se divierten - Nuestra tarea y tareas similares podrían usarse para evaluación y entrenamiento de la memoria en niños y adultos / La Realitat Virtual (RV) encara no s'ha explotat en l'avaluació de la memòria espacial. Els sistemes actuals de RV per a l'avaluació de la memòria espacial inclouen interacció mitjançant l'ús de dispositius tradicionals (per exemple, pantalles, ratolins o teclats). Aquest tipus d'interacció clàssica amb el sistema és ineficaç perquè la sensació de presència de l'usuari és molt pobre. Si l'usuari no té la sensació de "ser-hi" en l'entorn virtual, és possible que la memòria espacial no siga avaluada correctament. Per tant, desenvolupar un sistema que permeta als participants estar actius en l'entorn virtual, podria avaluar la memòria espacial de la mateixa manera que es pot avaluar en un entorn real. L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser dissenyar, desenvolupar i validar un sistema immersiu de RV en el qual l'usuari puga interactuar mitjançant moviment físic. L'entorn virtual es va dissenyar a partir d'una ciutat amb forma quadrada. La tasca cognitiva constava de sis nivells. L'objectiu dels nivells per a la tasca principal era avaluar la memòria a curt termini dels xiquets per a la localització d'objectes en l'entorn virtual. El sistema de RV va incorporar dos tipus d'interacció. 1) Una condició física activa (caminar físicament sobre una Wii Balance Board i canviar la direcció girant un volant inalàmbric). 2) Una condició inactiva (estar dret i fent servir un gamepad). Per a la visualització de la tasca, es va utilitzar una pantalla gran i estèreo. Per a la validació, es van realitzar dos estudis (N=212). El rendiment de la nostra tasca es va comparar amb mètodes tradicionals. Es van trobar correlacions entre la nostra tasca i els mètodes tradicionals, el que indica que la nostra tasca ha demostrat ser una eina vàlida per avaluar la memòria espacial a curt termini en xiquets. Pel que fa al tipus d'interacció, els resultats van mostrar que no hi va haver diferències estadísticament significatives respecte a la puntuació obtinguda en la nostra tasca i en funció de la interacció utilitzada. Aquest és un bon resultat perquè significa que la tasca és adequada per a l'avaluació de la memòria espacial i que els dos tipus d'interacció es poden utilitzar per a aquest fi. Pel que fa a les diferències de gènere en la puntuació de la tasca i Corsi Block Tapping Test, els resultats van indicar que no hi va haver diferències estadísticament significatives per al gènere. Pel que fa a facilitat d'ús i satisfacció, els nostres estudis han demostrat que l'ús de la condició inactiva no va diferir significativament de la condició física activa per a les preguntes d'usabilitat i satisfacció. Prèviament al desenvolupament del sistema de RV esmentat, vam desenvolupar un sistema de RV, amb interfícies d'usuari naturals (NUI) i una pantalla autoestereoscòpica, per aprenentatge dental. El sistema inclou dos tipus de fons: fons neutre i món real. Aquest sistema va ser validat amb 33 estudiants. Amb aquest primer desenvolupament, es va adquirir el coneixement necessari per poder afrontar el segon desenvolupament, nucli de la tesi. Les següents conclusions generals es van extraure dels dos desenvolupaments i els tres estudis: Aprenentatge - Els sistemes de RV amb autoestereoscòpia, amb diferents fons i NUI, han demostrat ser eines eficaces per a aprendre la morfologia dental - Amb aquest tipus de sistemes, els xiquets poden aprendre i, al mateix temps, poden divertir-se - La estereoscòpia i NUI són apropiades per al desenvolupament de jocs educatius i poden ser explotades en el seu desenvolupament Memòria espacial - Els sistemes de RV, amb estereoscòpia i dues interfícies d'usuari diferents, han demostrat ser eines fiables i efectives per avaluar la memòria espacial en xiquets - Amb aquest tipus de sistemes, els xiquets poden ser avaluats mentre es diverteixen - La nostra tasca i tasques similars podrien usar-se per avaluació i entrenament de la memòria en xiquet i adults / Virtual Reality (VR) has not yet been exploited in the assessment of spatial memory. Current VR systems for the assessment of spatial memory include interaction by using traditional devices (e.g., computer screens, mouses or keyboards). This classical type of interaction with the system is ineffective because the user's sense of presence is very poor. If the user does not have the feeling of "being there" in the virtual environment, the spatial memory may not be assessed correctly. The user's physical movement can contribute to a high level of presence. Therefore, by developing a system that allows the participants to become active in a virtual environment, spatial memory can be assessed as the same way it could be evaluated in a real environment. The main objective of this thesis was to design, develop and validate an immersive VR system in which the user could interact by physical movements. The virtual environment was designed based on a city square. The cognitive task, based on this environment, comprised six levels. The goal of the levels for the main task was to assess children short-term memory for object location in the virtual environment. The VR system incorporated two types of interaction. 1) A physical active condition (physically walking on a Wii Balance Board and changing the direction by turning a wireless steering wheel). 2) An inactive condition (stand up and use a gamepad). For the visualization of the task, a large stereo screen was used. For the validation, two studies were carried out. The performance of our task was compared with traditional methods (the Corsi Block Tapping Test). We carried out two studies involving 212 children. Correlations were found between our task and traditional methods, indicating that our task has proven to be a valid tool for assessing spatial short-term memory in children. With regard to the interaction type, the results showed that there were no statistically significant differences regarding the score obtained in our task based on the interaction used (inactive condition vs. physical active condition). Although unexpected, this is a good result because it means that the task is well suited for the assessment of spatial memory and that the two interaction types can be used for this purpose. With regard to gender differences in the task score and the Corsi Block Tapping Test, the results indicated that there were no statistically significant differences for gender. With regard to usability and satisfaction, our studies have shown that the use of the inactive condition did not differ significantly from the physical active condition for the usability and satisfaction questions. Previously to the development of the mentioned VR system, we developed a VR system, with Natural User Interfaces (NUI) and an autostereoscopic screen, for dental learning. The system included two modes: neutral and real world background. This system was validated with 33 dentistry students. With this first development, the required knowledge for facing the second development, core of the thesis, was acquired. The following general conclusions were extracted from the two developments and the three studies: Learning - Autostereoscopic VR systems, with different background modes and NUI, have proven to be effective tools for learning teeth morphology - With this type of systems, children can learn and at the same time, they can have a good time - Stereoscopy and NUI are appropriated for developing educational games and they can be exploited in their development Spatial memory - VR systems, with stereoscopy and two different user interfaces (inactive and physical active conditions), have proven to be reliable and effective tools to assess spatial memory in children - With this type of systems, the children can be assessed meanwhile are having a good time - Our task and similar tasks could be used for assessment and training of spatial memory in children and adults / Rodríguez Andrés, D. (2018). An immersive virtual reality task with physical movement for the assessment of spatial memory [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114823 / Compendio

[EN] The development of technology has undoubtedly impacted positively in the educational process, mainly by offering new forms of access, organization and understanding of information, and new ways of communication between students and teachers to facilitate the implementation of educational paradigms based on constructivism and collaborative learning. However, at the same time technology can result in a barrier in the teaching / learning process, since it can create interferences in it. In response to this problem, this thesis aims to provide new solutions based on the use of Natural User Interfaces, which allows exploiting the potential of technology in the educational process, maximum avoiding any interference in it. In the search for a solution, it was decided to explore solutions based on the use of interactive digital surfaces, also known as "tabletop" systems. This type of devices provides a natural interface through which users can interact with the system via gestures with his hands. This type of system is suitable for collaborative learning tasks, by allowing simultaneous work of several students around the device, providing a "face to face" communication way between them. Although this type of devices have previously been used in educational environments, their integration in the classroom has not been transparent enough, which still generates interferences in the educational process. In this sense, one of the main objectives of the thesis has been to integrate this type of technology in the classroom ubiquitously. For this task, systems that allow to implement mixed reality space, a subset of the broader concept of ubiquitous computing, which allows integration of technology in the classroom, but making it go unnoticed. Additionally, it has been developed and evaluated an architecture that allows the extension of the collaborative workspaces, that are established between students locally around an interactive digital surface, in a distributed model that allows the interconnection of different devices, which can be found in remote locations. Unlike other solutions, this technology allows designing complex schemes of classroom orchestration in a natural and simply way, hiding the complexity of the system both to students and teachers. Regarding to this, in order to simplify the processes of handling and exchange of information between the different working groups, the system was provided with interaction capacity meanwhile the use of tangible information handlers. In parallel, we developed a novel method and technology that allows the use of passive elements on tangible handlers over digital interactive surfaces implemented with optical frames technology. Furthermore, in order to achieve the maximum simplification in the information management processes, the system has been provided with multiple pathways for the addition of new contents, contributing to the generation of Blended Spaces. In this way, following a BYOD ("Bring Your Own Device") strategy, the system allows the use of any smartphone or similar device, to add new information to the digital space. Finally, a remarkable aspect of the thesis is that previous systems have been rigorously evaluated on numerous real educational contexts, from the point of view of three parameters: efficiency, motivation and usability. / [ES] El desarrollo de la tecnología ha repercutido indudablemente de forma positiva en los procesos educativos, ofreciendo principalmente nuevas formas de acceso, organización y entendimiento de la información, y nuevas vías de comunicación entre alumnos y profesores que facilitan la implementación de paradigmas educativos basados en ideas constructivistas y aprendizaje colaborativo. Sin embargo, la tecnología puede suponer al mismo tiempo una barrera en el proceso de enseñanza/aprendizaje, en cuanto a que puede crear interferencias en el mismo. En respuesta a esta problemática, en esta tesis se pretende aportar soluciones basadas en la utilización de Interfaces Naturales de Usuario, que permitan un aprovechamiento de las posibilidades de la tecnología en el proceso educativo, evitando al máximo cualquier tipo de interferencia en el mismo. En la búsqueda de una solución, se ha optado por la exploración de sistemas basados en superficies digitales interactivas, también conocidas como "tabletops". Este tipo de dispositivos ofrece una interfaz natural mediante la cual los usuarios pueden interaccionar con el sistema realizando gestos con sus propias manos, de manera similar a como se trabajaría sobre una mesa o superficie de trabajo real. Adicionalmente, este tipo de sistemas resulta idóneo en tareas de aprendizaje colaborativo, gracias a que permiten el trabajo simultáneo de varios estudiantes facilitando una comunicación en la forma "cara a cara", de igual modo a como se establecería sobre una mesa de trabajo convencional. Aunque este tipo de dispositivos ha sido previamente utilizado en entornos educativos, su integración en las aulas no ha sido transparente, lo cual sigue generando interferencias. En este sentido, uno de los principales objetivos de la tesis ha sido integrar este tipo de tecnología en las propias aulas de forma ubicua. Para ello se han diseñado y desarrollado sistemas que permiten implementar Espacios de Realidad Mezclada, un subconjunto del concepto más amplio de computación ubicua, los cuales permiten integrar la tecnología en las aulas consiguiendo al mismo tiempo que pase desapercibida. Adicionalmente, se ha desarrollado una arquitectura que permite la extensión de estos espacios de trabajo colaborativo en un modelo distribuido, que permite la interconexión simultanea de distintos dispositivos, los cuales se pueden encontrar en ubicaciones remotas. A diferencia de otras soluciones, el modelo propuesto permite diseñar complejas orquestaciones de aula de forma sencilla y natural, ocultando la complejidad del sistema tanto a alumnos como a profesores. A este respecto, con el objetivo de simplificar los procesos de manejo e intercambio de información entre los distintos grupos de trabajo, se ha dotado al sistema de la capacidad de interacción mediante la utilización de manipuladores tangibles de información. De forma paralela, se ha desarrollado un novedoso método y tecnología que permite definir y utilizar elementos tangibles pasivos sobre superficies digitales interactivas implementadas mediante marcos ópticos. Por otra parte, con el objetivo de lograr la máxima simplificación en los procesos de manejo de la información, el sistema ofrece múltiples vías de introducción de nuevos contenidos, ofreciendo formas y métodos que permiten la digitalización de la información de una forma sencilla y natural, estableciendo una relación sencilla y transparente entre el mundo real y el virtual, contribuyendo de este modo a la generación de los Espacios de Realidad Mezclada. En la misma línea, siguiendo una estrategia BYOD ("Bring Your Own Device"), el sistema permite la utilización de cualquier dispositivo smartphone, o similar, para la adición de nueva información. Finalmente, un aspecto destacable de la tesis ha consistido en la evaluación de forma rigurosa de los anteriores sistemas sobre numerosos contextos educativos reales, desde el punto de vista de tres parám / [CA] El desenrotllament de la tecnologia ha repercutit indubtablement de forma positiva en els processos educatius, oferint principalment noves formes d'accés, organització i enteniment de la informació, i noves vies de comunicació entre alumnes i professors que faciliten la implementació de paradigmes educatius basats en idees constructivistes i aprenentatge col¿laboratiu. No obstant això, la tecnologia pot suposar al mateix temps una barrera en el procés d'enseñanza/aprendizaje, en el fet que pot crear interferències en el mateix. En resposta a esta problemàtica, en esta tesi es pretén aportar solucions basades en la utilització d'Interfícies Naturals d'Usuari, que permeten un aprofitament de les possibilitats de la tecnologia en el procés educatiu, evitant al màxim qualsevol tipus d'interferència en el mateix. En la busca d'una solució, s'ha optat per l'exploració de sistemes basats en superfícies digitals interactives, també conegudes com "tabletops". Este tipus de dispositius oferix una interfície natural per mitjà de la qual els usuaris poden interaccionar amb el sistema realitzant gestos amb les seues pròpies mans, de manera semblant a com es treballaria sobre una taula o superfície de treball real. Addicionalment, este tipus de sistemes resulta idoni en tasques d'aprenentatge col¿laboratiu, gràcies a què permeten el treball simultani de diversos estudiants facilitant una comunicació en la forma "cara a cara", de la mateixa manera a com s'establiria sobre una taula de treball convencional. Encara que este tipus de dispositius ha sigut prèviament utilitzat en entorns educatius, la seua integració en les aules no ha sigut transparent, la qual cosa continua generant interferències. En este sentit, un dels principals objectius de la tesi ha sigut integrar este tipus de tecnologia en les pròpies aules de forma ubiqua. Per a això s'han dissenyat i desenrotllat sistemes que permeten implementar Espais de Realitat Mesclada, un subconjunt del concepte més ampli de computació ubiqua, els quals permeten integrar la tecnologia en les aules aconseguint alhora que passe desapercebuda. Addicionalment, s'ha desenrotllat una arquitectura que permet l'extensió d'estos espais de treball col¿laboratiu en un model distribuït, que permet la interconnexió simultanieja de distints dispositius, els quals es poden trobar en ubicacions remotes. A diferència d'altres solucions, el model proposat permet dissenyar complexes orquestracions d'aula de forma senzilla i natural, ocultant la complexitat del sistema tant a alumnes com a professors. A este respecte, amb l'objectiu de simplificar els processos de maneig i intercanvi d'informació entre els distints grups de treball, s'ha dotat al sistema de la capacitat d'interacció per mitjà de la utilització de manipuladors tangibles d'informació. De forma paral¿lela, s'ha desenrotllat un nou mètode i tecnologia que permet definir i utilitzar elements tangibles passius sobre superfícies digitals interactives implementades per mitjà de marcs òptics. D'altra banda, amb l'objectiu d'aconseguir la màxima simplificació en els processos de maneig de la informació, el sistema oferix múltiples vies d'introducció de nous continguts, oferint formes i mètodes que permeten la digitalització de la informació d'una forma senzilla i natural, establint una relació senzilla i transparent entre el món real i el virtual, contribuint d'esta manera a la generació dels Espais de Realitat Mesclada. En la mateixa línia, seguint una estratègia BYOD ("Bring Your Own Device") , el sistema permet la utilització de qualsevol dispositiu smartphone, o semblant, per a l'addició de nova informació. Finalment, un aspecte destacable de la tesi ha consistit en l'avaluació de forma rigorosa dels anteriors sistemes sobre nombrosos contextos educatius reals, des del punt de vista de tres paràmetres: eficiència, motivació i usabilidad. / Salvador Herranz, GM. (2016). Diseño e implementación de espacios distribuidos de aprendizaje colaborativo mediante la utilización de grandes superficies interactivas y elementos tangibles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63269