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Modeling of Heterogeneous Objects: An Approach Based on Implicit Functions

Modeling objects, their properties and relations is an important topic in computer science. In this sense, this research contributes to the framework of heterogeneous solid modeling, as well as the popular and intricate study of implicit solid representation. The approach presented here is broad and generic, but this article will focus on bio-CAD models, alluding to the existing extension and implementation in other fields. The overall aim of this work is to demonstrate that solid models of heterogeneous object can be built implicitly. This is shown to have promise in practical applications from biomedical computing to computer animation and engineering. The approach adopted here is based on the observation that current solid models cannot intrinsically represent multiphase geometric information along with the attribute information. This makes necessary to explore new modeling techniques in order to represent real-world objects. The availability of such modeling techniques remains central to the design, analysis, and fabrication of heterogeneous objects.

El modelado de objetos, sus propiedades y relaciones es un tema importante en las ciencias de la computación y la informática. En ese sentido, esta investigación busca contribuir al modelado de objetos sólidos heterogéneos, así como al complejo estudio de la representación implícita de objetos sólidos. El enfoque que aquí se presenta es amplio y genérico, pero este artículo se centra en modelos bio-CAD, aludiendo su extensión y aplicación a otros campos. El objetivo general de este trabajo es demostrar que los modelos geométricos de objetos heterogéneos se pueden representar de forma implícita. Esto promete tener gran variedad de aplicaciones prácticas desde la computación biomédica hasta la animación por computador y la ingeniería aplicada. El enfoque adoptado aquí se basa en la observación de que los modelos sólidos actuales no pueden representar intrínsecamente información geométrica multifase junto con la información de los atributos. Esto hace necesario explorar nuevas técnicas de modelado para representar objetos del mundo real. La disponibilidad de este tipo de modelos es fundamental para el diseño, análisis y fabricación de objetos heterogéneos.

Collective Multi-Agent Navigation Model Based on Bacterial Quorum Sensing

We present a model for the study, analysis, design and evaluation of collective multi-agent navigation for autonomous robots based on behaviors observed in bacteria. The system consists of a set of simple agents (artificial bacteria), which through readings and local interaction are self-organized to navigate along the environment. Given the parallel structure, also happens to be a very robust solution. We show the basic structure proposal for the design abstracting the characteristics of the biological model, together with an analysis of stability and convergence.

Se presenta un modelo para el estudio, análisis, diseño y evaluación de navegación colectiva multi-agente para robots autónomos basado en comportamientos observados en bacterias. El sistema consiste de un conjunto de agentes sencillos (bacterias artificiales), los cuales a través de lecturas e interacciones locales se auto-organizan para navegar a lo largo del ambiente. Dada la estructura paralela, también resulta ser una solución muy robusta. Se muestra la estructura básica propuesta para el diseño abstrayendo las características del modelo biológico, en conjunto con un análisis de estabilidad y convergencia.

Solar Insolation Prediction through Deep Belief Network

El desarrollo continuo de las herramientas computacionales ofrece la posibilidad de realizar procesos con la capacidad de llevar a cabo actividades con mayor eficiencia, exactitud y precisión. Entre estas herramientas se encuentra la arquitectura neuronal, Deep Belief Network (DBN), diseñada con el propósito de colaborar en el desarrollo de técnicas de predicción para hallar información que permita estudiar el comportamiento de los fenómenos naturales, como lo es la radiación solar. En el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos al manejar la arquitectura DBN para predicción de radiación solar, la cual se simula mediante la herramienta de programación Visual Studio C#, indicando el nivel de profundidad que posee esta arquitectura, como afecta la cantidad de capas y de neuronas en el entrenamiento y los resultados obtenidos para poder predecir los valores deseados en el 2014, con errores cercanos al 2 % y mayor rapidez para el entrenamiento, respecto a errores obtenidos por métodos convencionales de entrenamiento neuronal, que se encuentran por el 5% y que a su vez llevan largos periodos de entrenamiento.

The continued development of computational tools offers the possibility to execute processes with the ability to carry out activities more efficiently, exactness and precision. Between these tools there is the neural architecture, Deep Belief Network (DBN), designed to collaborate in the development of prediction technics to find information that allows to study the behavior of the natural phenomena, such as the solar insolation. This paper presents the obtained results when using the DBN architecture for solar insolation prediction, simulated through the programming tool Visual Studio C#, showing the deep level that this architecture has, how it affects the number of layers and neurons per layer in the training and the results to predict the desired values in 2014, with errors close to 2% and faster to training, respect to errors obtained through conventional methods for neural training, which are about 5% and take long periods of training.

Optimal Distribution of Wind Farm Turbines Using PSO Considering the Wake Effect

En este artículo se presenta una propuesta novedosa para ubicar de manera óptima las turbinas de un parque eólico, considerando el efecto sombra y cualquier disposición de vientos, usando la técnica metaheurística de optimización por enjambre de partículas (PSO). De igual manera se muestra la disposición que genera mayor energía para un caso propuesto, teniendo en cuenta las restricciones de distancias entre las turbinas, el área del parque eólico y el efecto sombra. La optimización de la energía generada por el parque se realiza para una rosa de los vientos en un periodo de tiempo determinado.

This paper proposes a novel algorithm based on particle swarm optimization (PSO) for optimal placement of the turbines in a wind farm. Wake effect is considered for different directions and magnitudes of wind speeds according to a given compass rose. Likewise, energy optimization for a proposed case is shown which takes into account constraints related to distances between the turbines, the wind farm area and the wake effect. Simulation results demonstrate the efficiency of the proposed algorithm.

A Proposal for the Emotional Classification of an Album Using the Lyrics of its Songs

Los grandes volúmenes de datos que se manejan actualmente demandan métodos automáticos para la extracción de conocimiento. En particular, la minería de texto se ocupa de la extracción de conocimiento a partir de textos. En este artículo se proponen dos algoritmos para determinar a partir de las letras de sus canciones, la tendencia emocional de un álbum. Se sigue un enfoque jerárquico: las categorías emocionales para clasificar los álbumes agrupan a las subcategorías emocionales de las canciones. Esto es razonable, porque una canción tiende a estar orientada a una (sub)categoría emocional específica. De esta forma la categoría emocional de un álbum es una ponderación de las subcategorías emocionales de sus canciones. Esta ponderación puede ser configurada por parte del analista musical, lo que permite incorporar un elemento de subjetividad en la propuesta. Mediante una serie de experimentos se evaluaron los algoritmos propuestos. Aunque es necesario experimentar con más datos, los resultados evidenciaron la conveniencia, consistencia y utilidad de los algoritmos propuestos.

Current volumes of data require automated methods for knowledge extraction. In particular, text mining deals with extracting knowledge from texts. In this paper we propose two algorithms to determine, from the lyrics of its songs, the emotional tendency of an album. We follow a hierarchical approach: the emotional categories to classify the albums group the emotional subcategories of the songs. This is reasonable because a song tends to be oriented to a specific emotional (sub) category. In this way, the emotional category of an album is a weighting of the emotional subcategories of its songs. This weighting can be customized by the musical analyst, which allows incorporating a subjective element in our proposal. Through a series of experiments we evaluated our algorithms. Although it is necessary to experiment with more data, our results show the expediency, consistency, and usefulness of our proposed algorithms.

Environmental Performance of Residential Rooms. Comparison between Simulations, Monitoring and Perception of Dwellers in Six Houses of Concepcion, Chile

Los estudios y proyectos habitacionales consideran las viviendas de manera unitaria, sin diferenciar las condiciones ambientales por recintos, aunque en la vivencia cotidiana se reconocen variaciones. Este artículo realiza una comparación entre los datos proporcionados por simulaciones computacionales de desempeño térmico y monitoreos físicos de recintos, que registran valores existentes, y percepciones de sus habitantes en torno a su ambiente residencial en seis viviendas de Concepción, Chile. Con el fin de caracterizar las diferencias ambientales que surgen en los hogares, como también las originadas en los distintos recintos, en lo que es la construcción de la confortabilidad. Las simulaciones expresan algunas diferencias relevantes entre recintos (demandas energéticas anuales de 12 kW h/m² hasta 330 kW h/m²), mientras las mediciones físicas revelan valores más acotados (diferencias entre temperaturas ambientales de menos de 5°C). Las entrevistas y observación de residentes sugieren apreciaciones similares, pero a la vez aportan otros aspectos (como una mayor valoración de los niveles superiores y habitaciones con mayor luminosidad). Los resultados y conclusiones emanados del estudio aportan datos que pueden resultar de interés comparativo para la planificación y diseño habitacional en la zona, pero también un análisis que integra las distintas dimensiones trabajadas del confort residencial y sus variaciones entre los recintos habitacionales, lo que resulta incidente para el ámbito de las políticas y acciones de mejoramiento ambiental de las viviendas, destinadas a aumentar la calidad residencial.

The housing studies and design regards homes like one indoor environment, without recognizing differences between rooms, although in the daily living it perceives variations. This article presents a comparison between data from computer simulations of thermal performance and physical monitoring that records existing values of rooms, with perceptions of its inhabitants around their residential environment, from six houses located in Concepción, Chile. In order to characterize environmental differences that arise in homes, as well as those originated in different rooms, which represents comfort building. Simulations express some significant differences by venues (anual energy demands from 12 kWh/m2 to 330 kWh/m2), while physical measurements reveal more limited values (differences between environmental temperatures less than 5°C). Interviews and observation of residents suggest nearby considerations, but also provide other aspects (like higher value of upper story and rooms with high luminance). The outcomes and conclusions of the study provide data that can be of comparative interest for housing planning and design, but also an analysis that integrates the diverse studied dimensions, which is incident to environmental policies and actions improving housing, targeted to increase the residential quality.

Modeling of primary production of phytoplankton in the wetland Jaboque, Bogotá D.C.

Se presenta un modelo de simulación dinámico para explicar el comportamiento general de la producción primaria fitoplántonica en el humedal de Jaboque - Bogotá D.C., Colombia, en tres secciones con características físicas y químicas diferenciales. El modelo tiene en cuenta las variables fisicoquímicas, área de la cubeta, profundidad, precipitación media anual, temperatura del agua, pH y concentración de clorofila_a. La modelación dinámica se basó en ecuaciones diferenciales y se utilizó el método Euler de integración, la modelación se desarrolló utilizando el programa computacional Stella 9.1®. El modelo permite cuantificar la producción primaria fitoplántonica del humedal de Jaboque a partir de la concentración promedio mensual de clorofila_a, para cada sección. Los resultados de la modelación de la Ppf evidencian que las variaciones de la concentración de la Ppf en cada sección del humedal siguen un patrón inverso al comportamiento bimodal de la precipitación. Se encontró un alto grado de correspondencia entre los valores de clorofila_a de campo y la Ppf modelada de la siguiente manera r² = 0.86 para la primera sección y r² = 0.86 y r² = 0.79 para las secciones restantes. La determinación del error relativo fue de 0,57, para la primera sección y 0,35; 0,46, indicando que los resultados no están sobrestimados. El modelo muestra en términos generales los aspectos funcionales del comportamiento de la Ppf y su relación con el proceso de eutroficación, y permite hacer recomendaciones para el manejo y restauración del humedal.

A dynamic simulation model is presented to explain the general behavior of the primary production of phytoplankton in the wetland Jaboque-Bogota, Colombia, in three sections with differential physical and chemical characteristics. The model takes into account the physicochemical variables, the basin area, depth, annual rainfall, water temperature, pH and concentration of chlorophyll _a. The dynamic modeling is based on differential equations and the Euler integration method is used, the modeling was developed using Stella 9.1® computer program. The model allows quantifying the primary production of phytoplankton in wetland Jaboque from chlorophyll _a monthly average concentration for each section. The results of the Ppf modeling show that Ppf concentration variations in each section of the wetland follow a reverse pattern to the bimodal behavior of precipitation. A high degree of correspondence between the values of chlorophyll_a Ppf field and modeled in the following manner r² = 0.86 for the first section and r² = 0.86 and r² = 0.79 for the remaining sections was found. Error determination was 0,57 relative to the first section and 0,35; 0,46, indicating that the results are not overstated. The model shows in general terms the functional aspects of behavior Ppf and its relation to the process of eutrophication, and it allows recommendations for the management and restoration of wetlands.

Defect detection in textiles using special techniques fortexture analysis

En el siguiente trabajo se presenta la utilización de técnicas espaciales de análisis de textura en imágenes para la identificación de defectos en textiles, en donde se presenta la aplicación de técnicas para pre-procesamiento, y para el análisis de textura los patrones locales binarios y la matriz de co-ocurrencia con fin de extraer características resaltar las diferencias e identificar los defectos en textiles haciendo uso del clasificador basado en la distancia de mahalanobis.

This paper presents the use of spatial analysis techniques texture images for defects identification in textiles, where the application of pre-processing techniques is presented, and the analysis of texture local binary patterns and co-occurrence matrix to extract features to highlight differences and identify defects in textiles using classifier based on the Mahalanobis distance.

Exploratory Study of Dye Wastewater Treatment through the Electrocoagulation/Electroflotation Method

Las aguas de lavado de tinta se catalogan como contaminantes debido a que son sustancias en su mayoría poliaromáticas, carcinogénicas, mutagénicas y teratogénicas para gran variedad de seres vivos. Dentro de los métodos de descontaminación, la electrocoagulación/electroflotación es reconocido como un tratamiento altamente eficiente para la remoción de contaminantes disueltos en agua, y su efecto sobre colorantes ha sido estudiado y descrito. No tiene, sin embargo, aplicación industrial en Colombia en la actualidad y su lugar en los objetivos de investigación académica en el país es aún muy marginal. Por esa razón, este trabajo es un estudio exploratorio del tratamiento de un residuo industrial de tinta de imprenta por medio del método de electrocoagulación/electroflotación. Se aplicó un diseño experimental 2² con un punto central. Se obtuvo un rango de porcentajes de remoción de DQO entre 10,43% hasta 50,93%. No obstante, los resultados evidencian la posibilidad de que la descontaminación por electrocoagulación puede ser reversible, y no se observa la incidencia esperada de los factores escogidos.

Dye wastewater is considered pollutant because it may contain polyaromatic substances known as carcinogenic, mutagenic and teratogenic to a variety of living species. Within the many treatment methods, the electrocoagulation/electroflotation method has been widely studied and it is known to be very effective. However, there is currently no industrial use of it in Colombia, and it is not a priority in academic investigation either. Because of this, this work is an exploratory study of the treatment of printing dye wastewater through the electrocoagulation/electroflotation method. A 2² with a central point experimental design was applied. Removal percentage of OCD (Oxygen Chemical Demand) of the wastewater was obtain between 10,43% and 50,93%. Nevertheless, results show that decontamination through this treatment method may be reversible, and the expected incidence of factors is not observed.

Computed tomography: acquisition process, technology and current state

La tomografía computarizada (CT) es una técnica de escaneo no invasivo ampliamente aplicada en sectores como la medicina, la industria y la geología. Esta técnica permite la reconstrucción tridimensional de la estructura interna de un objeto que es iluminado con una fuente de rayos-X. La reconstrucción se forma con imágenes bidimensionales de cortes transversales del objeto. Cada corte se obtiene a partir de las medidas de fenómenos físicos como la atenuación, la dispersión y la difracción de los rayos-X, como resultado de la interacción con el objeto. En general, la adquisición de las medidas se realiza con métodos basados en alguno de estos fenómenos y empleando diversas arquitecturas clasificadas en generaciones. Por otro lado, en respuesta a la necesidad de simular sistemas de adquisición para CT se ha desarrollado software dedicado a esta tarea. El objetivo de este artículo es determinar el estado actual de las técnicas de CT, para esto, se presenta una revisión de los métodos, las distintas arquitecturas usadas para la adquisición y algunas de sus aplicaciones. Adicionalmente, se presentan los resultados de simulaciones realizadas. Las principales contribuciones de este trabajo son la descripción detallada de los métodos de adquisición y la presentación de las posibles tendencias de la técnica en general.

Computed tomography is a noninvasive scan technique widely applied in areas such as medicine, industry, and geology. This technique allows the three-dimensional reconstruction of the internal structure of an object which is lighted with an X-rays source. The reconstruction is formed with two-dimensional cross-sectional images of the object. Each cross-sectional is obtained from measurements of physical phenomena, such as attenuation, dispersion, and diffraction of X-rays, as result of their interaction with the object. In general, measurements acquisition is performed with methods based on any of these phenomena and according to various architectures classified in generations. Furthermore, in response to the need to simulate acquisition systems for CT, software dedicated to this task has been developed. The objective of this research is to determine the current state of CT techniques, for this, a review of methods, different architectures used for the acquisition and some of its applications is presented. Additionally, results of simulations are presented. The main contributions of this work are the detailed description of acquisition methods and the presentation of the possible trends of the technique.