Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Editorial

Semiautomatic construction of video game design prototypes with MaruGen

ABSTRACT Machinations Ruleset Generator (MaruGen) is a semi-automatic system for the generation of mechanics, rules, spaces (environments), and missions for video games. The objective of this system is to offer an expression mechanism for the video game designer role based on the definition of rules, and the ability to explore the concepts of progression and emergence in video games by using a formal, usable, and defined tool to design games with innovative and complex elements, and behaviors defined from combinations of basic elements. Based on the expressed designs and with the participation of programmers and video game artists, MaruGen allows the generation of agile video game prototypes in the Unity game engine. These prototypes can be analyzed by the entire workgroup to look for games with diverse complexities that make them attractive to their users. MaruGen is based on the expression of rules on elements of interest in video games and the rewriting mechanism using L-Systems for the generation of procedural content. MaruGen was evaluated in the construction of the Cubic Explorer video game and tested by gamers and video game developers during the Game Jam Ludum Dare 38.

RESUMEN Machinations Ruleset Generator (MaruGen) es un sistema semi-automático para la generación de mecánicas, reglas, espacios (ambientes) y misiones para videojuegos. El objetivo de este sistema es ofrecer un mecanismo de expresión al rol de diseñador de videojuegos, a partir de la definición de reglas y la capacidad de explorar los conceptos de progresión y sorpresa en los videojuegos usando una herramienta formal, usable y definida para diseñar juegos con elementos y comportamientos novedosos y complejos definidos a partir de combinaciones de elementos básicos. Basado en los diseños expresados y con la participación de los roles de programador y artistas de videojuegos, MaruGen permite generar prototipos ágiles de videojuegos en el motor de juegos Unity. Estos prototipos pueden ser analizados por el grupo completo de trabajo para buscar juegos con complejidades variadas que los hagan atractivos a sus usuarios. MaruGen se fundamenta en la expresión de reglas sobre elementos de interés en los videojuegos y el mecanismo de reescritura usando Sistemas-L para la generación de contenido procedural. MaruGen fue evaluado en la construcción del videojuego Cubic Explorer y probado por usuarios jugadores y usuarios desarrolladores de videojuegos durante el Game Jam Ludum Dare 38.

Assessment of semantic similarity in entities under monitoring: A systematic literatura mapping

ABSTRACT The detection and evaluation of semantically similar entities in measurement projects is a key asset for real-time decision making because it allows reusing their knowledge and previous experiences. In this way, the objective of this work is to map the thematic area of data stream processing to identify the topics that have been investigated in the detection of semantically similar entities. From the methodological point of view, a systematic mapping study was conducted obtaining 2,122 articles. Thus, 111 were kept refining the search strategy, and 25 were considered once the filters were applied jointly with the inclusion/exclusion criteria. After reading the 25 documents, just 6 were pertinent and allowed answering the research questions aligned with the research objective. The semantic similarity applied to entities under monitoring in the measurement and evaluation projects is a challenge. Real-time decision making depends on the obtained measures, the monitored entity, and the context in which it is immersed.

RESUMEN La detección y evaluación de entidades semánticamente similares en proyectos de medición es un activo clave para la toma de decisiones en tiempo real, ya que permite reutilizar el conocimiento y experiencias previas. De este modo, el objetivo de este trabajo es mapear el área temática del procesamiento de flujos de datos para identificar los temas que han sido investigados en la detección de entidades semánticamente similares. Desde el punto de vista metodológico, se realizó un estudio de mapeo sistemático obteniendo 2.122 artículos. De esta manera, 111 se mantuvieron afinando la estrategia de búsqueda, y 25 se consideraron una vez que los filtros se aplicaron conjuntamente con los criterios de inclusión/exclusión. Después de leer los 25 documentos, sólo 6 fueron pertinentes y permitieron responder a las preguntas de investigación alineadas con el objetivo de la investigación. La similitud semántica aplicada a las entidades bajo monitoreo en los proyectos de medición y evaluación es un desafío. La toma de decisiones en tiempo real depende de las medidas obtenidas, de la entidad vigilada y del contexto en el que se encuentre inmersa.

Determination of photovoltaic power by modeling solar radiation with Gamma distribution in the CEDER microgrid

ABSTRACT The article proposes a methodology applicable to any photovoltaic (PV) plant to obtain an approximation of the monthly production of solar array power. The analysis was carried out in seven systems, of different technologies and capacities, connected to the microgrid of the Center for the Development of Renewable Energies (CEDER) belonging to the Center for Energy, Environmental and Technological Research (CIEMAT) in Soria, Spain. The proposal simulates radiation by combining and crossing two Gamma probability distributions, representing the days with the best and worst solar resources, respectively. As a result, a matrix was created with 12 variables that define the monthly behavior of the radiation. On the other hand, the granularity of the PV generation was homogenized to know it at any moment through polynomial functions. Once both characterizations were known, it was possible to predict the monthly power of each PV array. The methodology has been validated with the measurement approximation index, developed in the text, and with specialized software. The results presented will help in the dimensioning of a backup model and will collaborate in the adequate management of energy.

RESUMEN El artículo propone una metodología aplicable a cualquier planta fotovoltaica (FV) para obtener un acercamiento de la producción mensual de potencia de arreglos solares. El análisis se llevó a cabo en siete sistemas, de tecnologías y capacidades diferentes, conectados a la microred del Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) perteneciente al Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) en Soria, España. La propuesta simula la radiación mediante la combinación y cruce de dos distribuciones de probabilidad Gamma, representando los días de mejor y peor recurso solar, respectivamente. Como resultado, se creó una matriz con 12 variables que definen el comportamiento mensual de la radiación. Por otro lado, se homogenizó la granularidad de la generación FV para conocerla en cualquier instante a través de funciones polinomiales. Conocidas ambas caracterizaciones se logró predecir la potencia mensual de cada conjunto FV. La metodología ha sido validada con el índice de acercamiento a las mediciones, desarrollado en el texto, y con software especializado. Los resultados presentados ayudarán en el dimensionamiento de un modelo de respaldo y colaborarán en la gestión adecuada de la energía.

Correlation between sensory and instrumental measurements of saltiness in Queso Molido Narinense

ABSTRACT A sensory study was conducted at the Universidad Santiago de Cali with Queso Molido Nariñense. To determine the preferred levels of concentration acceptable by consumers, samples were made with different concentrations of NaCl (C1 = 0.62%, C2 = 0.87%, C3 = 1.05%, C4 = 1.74%, C5 = 2.71%, and C6 = 5.34%). The results show that sample C4 had the highest degree of acceptance, followed by C2, C3, and C5, while C1 and C6 had the lowest acceptance. Consumers were able to distinguish salt differences above 0.27%. It was possible to predict consumer reaction regarding their levels of acceptability and perception using the Sensory-Instrumental correlation. This result showed that either an extremely low or a very high level of concentration of salt in cheese could result in a low acceptance by consumers.

RESUMEN Se realizó un estudio sensorial de Queso Molido Nariñense. Se emplearon muestras elaboradas con diferentes concentraciones de NaCl (C1 = 0,62%, C2 = 0,87%, C3 = 1,05%, C4 = 1,74%, C5 = 2,71%, y C6 = 5,34%) para determinar la concentración preferida por los consumidores. Se observó que la muestra C4 tuvo el mayor grado de aceptación, seguida de C2, C3 y C5, mientras que C1 y C6 tuvieron la menor aceptación. Los consumidores pudieron distinguir las diferencias de sal por encima del 0,27%. De la correlación sensorial-instrumental se encontró que es posible predecir la reacción de los consumidores con respecto a su aceptabilidad y percepción. Este resultado mostró que una concentración extremadamente baja o muy alta de sal da como resultado una baja aceptación del queso por parte de los consumidores.

Heritage education experience supported in augmented reality

ABSTRACT Heritage Education is a process that traditionally takes place within the classroom, where the teacher transmits some knowledge to the student; however, new ways have been implemented to develop Heritage Education processes supported by different technologies where Augmented Reality is included. This paper describes the process of implementing the “Framework for Heritage Education supported by Augmented Reality”, which proposes guidelines for the development of technology solutions based on Augmented Reality in the context of Heritage Education, through the deployment of an application called “Social Heritage ”developed under the guidelines of this Framework. The paper describes the implementation process of the Framework in the city of Cartagena - Colombia and the validation process with the end users. For the evaluation of the experience, the motivation test was used for the instructional design that measures the categories: Attention, Relevance, Confidence and Satisfaction. This test was applied to a group of students and a group of tourists. The validation results show that the use of augmented reality motivated both students and tourists in the development of heritage education processes. This allowed us to conclude that augmented reality technology is pertinent when promoting learning processes in the context of heritage.

RESUMEN La educación patrimonial es un proceso que tradicionalmente se desarrolla dentro del aula de clase, en donde el docente trasmite al estudiante unos conocimientos, sin embargo últimamente se han implementado nuevas formas para desarrollar procesos de educación patrimonial apoyados en distintas tecnologías donde se incluye la Realidad Aumentada. Este articulo describe el proceso de implementación del “Framework para la Educación Patrimonial apoyado en Realidad Aumentada”, que propone lineamientos para el desarrollo de soluciones tecnologías basadas en Realidad Aumentada en el contexto de la Educación Patrimonial, mediante el despliegue de un aplicación llamada “Social Heritage” desarrollada bajo los lineamientos de este Framework. El artículo describe el proceso de implementación del Framework en la ciudad de Cartagena - Colombia y el proceso de validación con los usuarios finales. Para la evaluación de la experiencia, se utilizó la prueba de motivación para el diseño instruccional que mide las categorías: Atención, Relevancia, Confianza y Satisfacción. Esta prueba se aplicó a un grupo de estudiantes y un grupo de turistas. Los resultados de la validación muestran que el uso de la realidad aumentada motivó tanto a estudiantes como a turistas en el desarrollo de procesos de educación patrimonial. Lo cual permitió concluir que la tecnología de realidad aumentada es pertinente a la hora de promover procesos de aprendizaje en el contexto del patrimonio.

Efficiency of underground retention systems and reduction of urban floods in Tepic, Mexico

ABSTRACT Many cities in Mexico experience recurrent floods, caused by changes in land use, the modification of surface and land runoff, the artificialization of areas initially intended for infiltration and recharge of groundwater and, in general, the insufficiency and deficiency of the local networks of urban drainage, incapable to evacuate the annual surpluses of precipitation. In this sense, the objective of this study evaluates the efficiency of an underground system of retention of rainwater in one of the main avenues of the city of Tepic, Mexico: Avenida Tecnologico. To this end, an analysis of the thematic contents and on-site inspection assisted by geographic information systems is carried out. Based on the systems approach and the logic of a qualitative model, it is concluded that the capacity of urban storm water networks for water evacuation is exceeded dimensionally. Also, it can be observed that retention systems can mitigate the urban entropy generated by the floods.

RESUMEN Diversas ciudades de México han venido presentando recurrentes inundaciones ocasionadas por cambios en los usos del suelo, modificación de los escurrimientos superficiales y subterráneos, artificialización de las zonas destinadas inicialmente para la infiltración y recarga freática, y en general, insuficiencia y deficiencia de las redes locales de drenaje urbano que se vuelven incapaces de evacuar los excedentes anuales de precipitación. En este sentido, el objetivo de este estudio evalúa la eficiencia de un sistema subterráneo de detención de agua pluvial en una de las principales avenidas de la ciudad de Tepic, México: la Avenida Tecnológico. Para ello, se realiza un análisis de contenidos temáticos e inspección in situ auxiliados por sistemas de información geográfica, cuyos resultados muestran, desde un enfoque sistémico y la lógica de un modelo cualitativo, que la capacidad de las redes pluviales urbanas de evacuación de agua pluvial en el centro urbano está dimensionalmente rebasada y que la alternativa de sistemas de retención-detención pueden mitigar la entropía urbana generada por las inundaciones.

Overvoltage protection for gridconnected picohydro generation using photovoltaic inverters

ABSTRACT Very small-scale hydropower plants are environmentally friendly and renewable resource-based innovative solutions. The interest in pico-hydro systems (up to 5 kW) has increased significantly from the first stand-alone applications, at remote sites, to the distributed generation, with the injection of generated energy into the grid. Recently, there have been advances in the grid connection of these systems using off-the-shelf components, namely photovoltaic inverters. Therefore, pico-hydro systems have gained an enormous potential in distributed generation, particularly in the context of microgrids. However, in situations of over-power, or whenever the generator is under no load, e.g. when the grid fails, there is a need for effective over-voltage protection, as in small wind turbines. This paper proposes two over-voltage protection circuits, designed to ensure the integration of pico-hydro turbines connected to the grid using conventional photovoltaic microinverters and string inverters, for power ranges of 300 W and some kW, respectively. Extensive tests were performed on an emulation platform and a workbench using these two different over-voltage protection circuits. One is designed to connect the generators of water wheels to the grid and the other to connect 1,500 W generators of water turbines. The experimental results demonstrated the performance of the proposed over-voltage protection circuits in four different situations. Both avoid irreversible damages of generators, photovoltaic microinverters and string inverters in the context of the above-described grid connection approach.

RESUMEN Las centrales hidráulicas, a muy pequeña escala, son soluciones innovadoras basadas en recursos renovables y respetuosas con el medio ambiente. El interés en los sistemas pico- hidráulicos (hasta 5 kW) ha aumentado significativamente desde las primeras aplicaciones independientes en sitios remotos, hasta la generación distribuida, con inyección de energía en la red. Recientemente, han surgido avances en la conexión a la red, utilizando componentes estándar como los inversores fotovoltaicos. Sin embargo, en situaciones de exceso de potencia, o cuando el generador no tiene carga, por ejemplo, cuando falla la red, existe la necesidad de protección frente a la sobretensión. Este artículo propone dos circuitos de protección frente a la sobretensión, diseñados para conectar turbinas pico-hidráulicas a la red, utilizando microinversores fotovoltaicos e inversores de cadena, para rangos de potencia de 300 W y algunos kW, respectivamente. Uno de ellos está diseñado para conectar los generadores de ruedas hidráulicas a la red y el otro para conectar generadores de turbinas hidráulicas de 1.500 W. Se realizaron extensas pruebas en una plataforma de emulación y en un banco de trabajo utilizando estos dos circuitos de protección contra sobretensión. Los resultados experimentales demostraron el rendimiento de los circuitos de protección, respecto a cuatro situaciones diferentes. Además, ambos evitan daños irreversibles en los generadores y microinversores e inversores de cadena, dentro del contexto del enfoque de conexión a la red descrito anteriormente.

Erosion and progradation in the Atrato River delta: A spatiotemporal analysis with Google Earth Engine

ABSTRACT The Atrato River Delta in Northwestern Colombia has experienced notable geomorphological changes in its shoreline in recent years. We analyze these changes, associated with erosion and progradation, using Landsat imagery and Google Earth Engine (GEE) algorithms to automatically identify the changes in an annual basis over 33 years (1986-2019). We compare the results with manual delineations on the same imagery using ArcGIS, obtaining similar outcomes, although GEE is much more efficient in processing large amounts of imagery compared with handmade procedures. We identify with good accuracy trends in erosion and progradation areas along the mouths and sides of the delta. Our algorithm performs well at delineating the shorelines, although special care must be taken to clean the images from clouds and shadows that may alter the definition of the shoreline. Results show that the Atrato delta has lost around 10 km2 due to erosion and has gained around 18 km 2 in progradation during the period of assessment. Overall, progradation is the dominant process at the delta’s mouths, while erosion is dominant only in areas far from the mouths, which agrees with a river-dominated environment of high sediment loads and is coherent with other studies made in the region. The algorithm in GEE is a versatile tool, appropriate to assess short and long-term changes of coastal areas that do not count with land-based information.

RESUMEN El delta de río Atrato localizado en el noroccidente de Colombia ha experimentado cambios geomorfológicos en su linea costera recientemente. Analizamos estos cambios, asociados a procesos erosivos y de progradación usando imágenes Landsat y la plataforma Google Earth Engine (GEE) para identificar estos cambios anualmente de forma automática en un periodo de 33 años (1986-2019). Comparamos estos resultados con la delineación manual de la misma linea costera usando las mismas imágenes mediante ArcGIS y se obtuvieron resultados similares. Se destaca que GEE es más eficiente para procesar grandes cantidades de imágenes, comparado con el procedimiento manual. Identificamos tendencias de las áreas progradadas y erosionadas con buena precisión en el delta. Nuestro algoritmo realizó una buena delineación de las líneas costeras, previo filtrado de la nubosidad y las sombras de las imágenes puesto que podrían alterar la definición de estas. Los resultados muestran que el delta ha perdido cerca de 10 km2 debido a la erosión y ha ganado alrededor de 18 km 2 por la progradación. La progradación domina en las bocas del delta, mientras que la erosión en áreas alejadas de estas. Esto concuerda con un delta de dominio fluvial con altas cargas de sedimentos y es coherente con estudios realizados en la misma zona. El algoritmo es una herramienta versatil, apropiada para evaluar cambios en el corto y largo plazo de areas costeras sin información in situ.

SATReLO: A Tool To Support Language Therapies For Children With Hearing Disabilities Using Video Games

ABSTRACT SATReLO is a tool for the creation of customized applications that support language therapy for children with hearing disabilities. These applications consist of video games that replicate therapeutic activities. Video games can motivate children to embrace therapy positively, increasing the time they dedicate towards this therapy, especially at home. SATReLO allows therapists to customize video games according to the needs of each patient and it keeps a record of his or her progress over time. SATReLO contains a software product line, which makes it possible to derive new video games in real time. The process of testing the system, both in terms of functionality and usability, was thorough and allowed many details of its operation to be fine-tuned. Preliminary tests about the impact of the video games in therapeutic process have been very positive.

RESUMEN SATReLO es una herramienta para la generación de aplicaciones personalizadas que apoyan la terapia del lenguaje en niños con discapacidad auditiva. Estas aplicaciones consisten en videojuegos que reproducen actividades terapéuticas. Los videojuegos pueden motivar a los niños a aceptar la terapia de forma positiva, aumentando el tiempo que le dedican, especialmente en casa. SATReLO permite a los terapeutas personalizar videojuegos según las necesidades de cada paciente, y lleva un registro de su evolución a lo largo del tiempo. SATReLO contiene una línea de productos de software, que permite derivar los videojuegos en tiempo real. El proceso de pruebas del sistema, tanto en el aspecto funcional como de usabilidad, fue riguroso y permitió afinar muchos detalles de su funcionamiento. Los resultados de las pruebas preliminares sobre el impacto de los videojuegos en el proceso terapéutico han sido muy positivos.

Gamebased collaborative learning framework for computational thinking development

ABSTRACT Computational Thinking (CT) can amplify learners’ skill sets so that they become excellent problem-solvers. Game-Based Learning and Collaborative Learning are two approaches that may aid in the development of CT skills. This paper describes a framework based on Game and Problem-Based Learning Strategies which aims to enhance the CT teaching and improves students’ social skills, considering aspects of fun. The framework stands out for including collaborative learning features defined in the main literature. Also, the strategy was developed specifically to fit the games’ dynamics. The approach was evaluated via metacognitive and transactive analysis and by a survey. The results showed evidence that the method is able to stimulate interaction among students to apply problem-solving strategies.

RESUMEN El Pensamiento Computacional (PC) puede amplificar los conjuntos de habilidades de los alumnos para que se conviertan en excelentes solucionadores de problemas. El aprendizaje basado en juegos y el aprendizaje colaborativo son dos enfoques que pueden ayudar en el desarrollo de habilidades de PC. Este articulo describe un marco conceptual basado en el juego y las estrategias de aprendizaje basadas en problemas que tiene como objetivo mejorar la enseñanza de PC y desarrollar las habilidades sociales de los estudiantes de una manera divertida. El marco se destaca al incluir características de aprendizaje colaborativo definidas en la literatura principal. Además, la estrategia se desarrolló específicamente para adaptarse a la dinámica de los juegos. El enfoque se evaluó mediante análisis metacognitivo y transactivo y mediante una encuesta. Los resultados mostraron evidencia de que el método puede estimular la interacción entre los estudiantes para aplicar estrategias de resolución de problemas.