A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Artificial Life in Virtual Environments Rogério Perino de Oliveira Neves Laboratório de Sistemas Integráveis Grupo de Vida Artificial A.L.I.V.E.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Artificial Life in Virtual Environments Rogério Perino de Oliveira Neves Laboratório de Sistemas Integráveis Grupo de Vida Artificial A.L.I.V.E."— Transcrição da apresentação:

1

2 Artificial Life in Virtual Environments Rogério Perino de Oliveira Neves Laboratório de Sistemas Integráveis Grupo de Vida Artificial A.L.I.V.E.

3 Organização da Apresentação 1. Introdução (3) 2. Conceitos de Vida Artificial(14) 3. Especificação do projeto (19) 4. Experimentos e resultados(12) 5. Conclusões (6) Total(54)

4 Objetivos Realizar estudos sobre o tema Vida Artificial Aplicar tecnologias de RV na visualização de experimentos de VA Desenvolver uma plataforma de experimentação customizavel Implementar experimentos em VA

5 Partes do projeto Parte teórica –Estudos relacionados –Levantamento sobre projetos atuais –Problemas abertos Parte prática –Desenvolvimento da plataforma –Desenvolvimento de experimentos

6 Vida Artificial Combina biologia e Ciência da Computação na tentativa de criar modelos sintéticos da evolução de sistemas vivos Também pode ser visto como uma tentativa de elucidar a estrutura lógica (de maneira geral) da evolução biológica Inicialmente dominada por cientistas da computação Hoje estudada por biólogos e físicos entre outros

7 Vida Artificial Expressão introduzida por Cristopher Langton em 1987, quando foi usado para descrever uma conferência realizada em Los Alamos, Novo México, sobre a “Síntese e simulação de sistemas vivos”. “Artificial life: The proceedings of an Interdisciplinary Workshop on the Synthesis and Simulation of Living Systems” September, 1987, Los Alamos, New Mexico, Addison-Wesley Pub. MAIS INFORMAÇÕES...

8 Conceitos Chave Definição inicial entendia dois tipos: –VA forte: envolve a re-criação de vida in-silico, ou seja, no computador –VA fraca: envolve a simulação de fenômenos biológicos Abordagens –Bottom-up (de baixo para cima) –Top-down (de cima para baixo)

9 Bottom-Up (de baixo para cima) –Observada na natureza –Não envolve planejamento –Envolve evolução emergência –Geralmente associada a VA forte Top-Down (de cima para baixo) –Observada em sistemas humanísticos –Envolve engenharia / planejamento –Geralmente associado a VA fraca Abordagens

10 Simulações de vida Considerar regras locais em vez de regras globais Considerar regras simples em vez de complexas Considerar comportamentos emergentes em vez de comportamentos pré-especificados

11 Tipos de Estudo em VA Origens da vida, auto-organização e auto- replicação Desenvolvimento e replicação Dinâmica evolucionária e adaptativa Robôs e agentes autônomos Comunicação, cooperação e comportamento coletivo Simulação, ferramentas de síntese e metodologias

12 Problemas Abertos em VA Como a vida surge da não-vida? 1. Gerar um proto-organismo molecular in-vitro; 2. Atingir a transição para vida de um composto químico artificial in-silico; 3. Determinar fundamentalmente se um organismo fictício pode existir; 4. Simular um organismo unicelular em todo o seu ciclo de vida; 5. Explicar como regras e símbolos são gerados da dinâmica física em sistemas vivos;

13 Problemas Abertos em VA Quais são os potenciais e limites dos sistemas vivos? 6. Determinar o que é inevitável na evolução aberta da vida; 7. Determinar as condições mínimas para transições evolucionárias de sistemas de resposta específicos para genéricos; 8. Criar um modelo formal para sintetizar hierarquias dinâmicas em todas as escalas; 9. Determinar a previsibilidade das conseqüências evolutivas da manipulação de organismos e ecossistemas; 10. Desenvolver uma teoria de processamento, fluxo e geração de informação para sistemas em desenvolvimento;

14 Problemas Abertos em VA Como a vida se relaciona com a mente, as máquinas e a cultura? 11. Demonstrar a emergência de inteligência e mente em um sistema de vida artificial; 12. Avaliar a influência de máquinas na próxima transição evolutiva da vida; 13. Prover um modelo quantitativo da conexão entre evolução biológica e cultural; 14. Estabelecer princípios éticos para experimentos em vida artificial. MAIS INFORMAÇÕES... Bedau et. al – Open Problems in Artificial Life

15 Técnicas ferramentais Exemplos: Máquinas de estado Sistemas não lineares e com dinâmica caótica Lógica nebulosa Redes de neurônios artificiais Algoritmos Genéticos e Sistemas Adaptativos

16 Arquiteturas Multi-Agentes Agentes Autônomos Agentes BiológicosAgentes RobóticosAgentes Computacionais...Agentes Biológicos Artificiais Agentes de Busca Agentes de Entretenimento VírusAgentes Inteligentes Agentes de Vida ArtificialAgentes Eletrônicos...

17 Experimento de VA Ator Agente Ambiente SimuladoCena Virtual Interface de Controle Interação Dispositivo de Saída Visualização

18 Exemplos de Programas de VA

19 Estado da arte em VA * Neves, Rogério “Karl Sims videos”, acesso em 18/09/2003 MAIS INFORMAÇÕES...

20 ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO

21 Especificação do Projeto Motivação Características Recursos Técnicas ferramentais Java, Java3D Visualização, interatividade Arquitetura da plataforma proposta Implementação de experimentos

22 Motivação Maioria dos programas disponíveis apresentam visualização rudimentar Os programas permitem apenas mudar alguns parâmetros pré-estabelecidos As fontes, quando disponíveis, se encontram em código de baixo nível (ASM, C, C++) A possibilidade de utilizar arquiteturas paralelas Utilização de contexto multi-agentes Ambiente virtual em 3D, uso de vetores Empregar tecnologias de realidade virtual

23 Características do Projeto Paradigma de programação orientada a objetos Compatibilidade com diversas plataformas computacionais Ambiente simulado tri-dimensional com dinâmica vetorial Suporte a diversos dispositivos gráficos, 3D e estéreo Possibilidade de visualização em dispositivos de realidade virtual e em ambientes imersivos Possibilidade de execução concorrente Possibilidade de utilização em arquiteturas distribuídas Possibilidade de execução em modo Applet

24 Tecnicas Ferramentais Paradigma de programação Orientada a Objetos –Fácil descrição dos agentes e objetos na cena Cálculo vetorial –Fácil manipulação dos agentes e objetos no espaço 3D Sistemas Multi-Agentes Programação concorrente/distribuida –Ganho de performance para arquiteturas paralelas Computação Gráfica –Visualização em sistemas 3D e de RV Conceitos de VA

25 Recursos Linguagem Java API Java3D Computadores pessoais / Estações gráficas Sistemas multiprocessados (Silicon Graphics, projeto SPADE) Cluster de PCs (CAVERNA) Equipamentos de visualização (monitores, Shutter Glasses, HMD, CAVERNA) Internet

26 Java e Java3D Java Portabilidade através de plataformas Direcionado para Internet Paradigma de programação orientada a objetos Arquitetura de programação concorrente (Threads) Extensível Java3D Novo padrão para programas de RV Interface de alto-nivel com OpenGL/DirectX Sistema de descrição de cena por grafos Estende as facilidades do Java

27 Grafo de Cena em Java3D

28 Visualização Direcionada, porém não limitada a Aceleradoras gráficas convencionais Monitores Óculos estereoscópicos (Shutter Glasses) CAVERNA Outros systemas de RV (HMD, Wall, etc).

29 Interatividade Mouse* Keyboard Gloves* Wands* Other tracking devices* *Through Java3D picking behaviour

30 Níveis de operabilidade A.L.I.V.E. Framework Java/Java3D Byte code Superclasses Java VM/Machine Code User Interface User Classes Mid-Level/Language Code Hi-Level/Pseudo Code Custom User Interface Runtime Interface/Interaction Project Scope

31 Arquitetura da plataforma RenderClient Subset

32 Arquitetura da Plataforma

33 Arquitetura da Plataforma

34 Cliente de Síntese Scene Multicast Package(s) Server RenderClient Env

35 Configuração do Ambiente

36 UI UI

37 Diagrama de um agente

38 Exemplo de código EXEMPLO DE CÓDIGO

39 EXPERIMENTOS DESENVOLVIDOS RESULTADOS

40 Experimentos Testes da plataforma Evolução e adaptação (ALGA) Sistema presa-predador Cardume de peixes Aglomeração (Flocking) Demonstrações em biologia –Fungos –Sistema imunológico –Mitose

41 Experimentos

42 Sistema Presa-Predador

43 Sistema Presa-Predador R G B + AÇÃO W1W1 W2W2 W3W3 FILTRO RADIAÇÃO

44 Sistema Presa-Predador DNA Limite reprodutivo: reserva de nutrientes necessária para reprodução Limite de falência: quantidade mínima de nutrientes para sustentar a vida Sensibilidade: raio de sensibilidade ao ambiente Força: medida quantitativa para determinação de troca de nutrientes Agilidade: quantidade de movimento produzido por turno Temperatura: temperatura preferida ou característica Tolerância: tolerância a variações de temperatura Resistência: resistência ao contato com toxinas W1: Filtro Vermelho (R) W2: Filtro Verde (G) W3: Filtro Azul (B)

45 Sistema Presa-Predador

46 Sistema Presa-Predador

47 Dinâmica Celular

48 Cardume de Peixes

49 Aglomeração (Flocking)

50 Performance -1

51 Conclusões O projeto explora o uso de realidade virtual para exibição de experimentos de VA Fornece uma ferramenta de rápida prototipação Os experimentos desenvolvidos exemplificam o uso da plataforma e servem de modelo para novos experimentos desenvolvidos

52 Conclusões A doutrina de código aberto permite o aprimoramento do projeto por usuários em todo o mundo (sourceforge.net) Os experimentos desenvolvidos podem ser publicados e executados pela Internet, permitindo maior interação entre os grupos de usuários e servindo como ferramenta de divulgação científica Novas tecnologias de visualização poderão ser aproveitadas a medida que surgem, não necessitando, geralmente, de mudanças no código

53 Aplicações Experimentação em VA Simulações didáticas Soluções de problemas ciências e engenharias * Treinamento de sistemas em robótica * Simulações de sistemas genéticos e evolução Busca em espaços virtuais orientada pelo usuário Aplicações em áreas futuras (nanotecnologia) * Neves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L. “Evolutionary Search for Optimization of Fuzzy Logic Controllers” 1st International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery, Volume I, on Hybrid Systems and Applications I MAIS INFORMAÇÕES...

54 Proposta para trabalhos futuros Aprimoramento do uso de dispositivos apontadores Funcionalidades de acesso à arquivo, armazenamento e leitura de dados Experimentos a serem desenvolvidos: –Sistema com morfologia variável –Sistemas envolvendo agentes inteligentes e humanos virtuais * * Cavalhieri, Marcos, “Projeto Humanos Virtuais”, acesso em 18/09/2003http://www.lsi.usp.br/~mac/ MAIS INFORMAÇÕES...

55 Agradecimentos Claudio Ranieri, Grupo ARTLIFE, LSI, USP Marcos Cavalhieri, Grupo ARTLIFE, LSI, USP Prof. Emilio Hernandez, LSI, USP Artur Gonzalez, PCS, USP Prof. Wolfgang Banzhaf, Universidade de Dortmund

56 Documentos relacionados Rogério Neves, ALIVE Project Site, thesis Official ALIVE Project site ARTLIFE Site, grupo de Vida Artificial Dúvidas e

57 Fim


Carregar ppt "Artificial Life in Virtual Environments Rogério Perino de Oliveira Neves Laboratório de Sistemas Integráveis Grupo de Vida Artificial A.L.I.V.E."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google