Artificial Life in Virtual Environments1 Rogério Perino de Oliveira Neves Laboratório de Sistemas Integráveis Grupo de Vida Artificial

Artificial Life in Virtual Environments2 Partes da Apresentação Apresentação do candidato(9) Introdução do projeto (22) Especificação do projeto (13) Resultados parciais (6) Observações finais (4) (54)

Artificial Life in Virtual Environments3 Candidato Rogério Perino de Oliveira Neves Data de Ingresso: 5 de Agosto de 2001 Orientador: Marcio Lobo Netto

Artificial Life in Virtual Environments4 Formação do Candidato Bacharel em Física, opção Física Computacional, , Instituto de Física de São Carlos, USP. Técnico em eletrônica, especialização em eletrônica digital, , Fundação Instituto Tecnológico de Osasco.

Artificial Life in Virtual Environments5 Matérias Cursadas DisciplinaPerCo PCS – Metodologia de Desenvolvimento de Interfaces Homem-Computador 3/01B PEE – Fundamentos à Ciência Cognitiva3/01A PEE – Redes de Neurônios Artificiais com Bifurcação e Dinâmica Caótica 3/01A PCS – Computação Fuzzy1/02C PEE – Processamento Digital de Imagens1/02A PMR – Fundamentos da Robótica1/02A PSI – Vida Artificial e Ambientes Virtuais em Computação Gráfica 1/02A

Artificial Life in Virtual Environments6 Atividades em Grupos Grupo Roda Viva Grupo de Ciências Cognitivas Grupo de Vida Artificial

Artificial Life in Virtual Environments7 Publicações 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 ISBN: (2002)

Artificial Life in Virtual Environments8 Apresentações Neves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L. “A Virtual Reality Framework for Life Simulations” 1st International Conference on Bioinformatics and Computational Biology IcoBiCoBi’03 – Ribeirão Preto – SP

Artificial Life in Virtual Environments9 Artigos Aguardando Deferimento Neves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L. “Artificial Life in Virtual Reality Environments” XVI Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image Processing SIBGRAPI 2003 – São Carlos – SP Neves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L. “A Virtual Reality Framework for Life Simulations” 1st International Conference on Bioinformatics and Computational Biology IcoBiCoBi’03 – Ribeirão Preto – SP

Artificial Life in Virtual Environments10 Atividades do Mestrado No.Atividades 1. Cumprimento dos créditos relativos a disciplinas 2. Pesquisa bibliográfica e levantamento de projetos semelhantes 3. Planejamento do projeto 4. Implementação da plataforma do projeto 5. Estudos de caso utilizando a plataforma implementada 6. Análise dos resultados obtidos 7. Manutenção da página do projeto 8. Elaboração de artigos e participação em eventos 9. Redação do texto da dissertação 10. Qualificação 11. Defesa

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Artificial Life in Virtual Environments12 Projeto A.L.I.V.E. 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

Artificial Life in Virtual Environments13 Vida Artificial Expressão introduzida por Cristopher Langton em 1988, quando foi usado para descrever uma conferência realizada em Los Alamos, Novo México, sobre a “Síntese e simulação de sistemas vivos”.

Artificial Life in Virtual Environments14 Conceitos Chave Combina biologia e Ciência da Computação 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 Inicialmente dominada por cientistas da computação Hoje estudada por biólogos e físicos entre outros

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Artificial Life in Virtual Environments16 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

Artificial Life in Virtual Environments17 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;

Artificial Life in Virtual Environments18 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;

Artificial Life in Virtual Environments19 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. PARA MAIS INFORMAÇÕES... Bedau et. al – Open Problems in Artificial Life

Artificial Life in Virtual Environments20 Exemplos de Programas de VA

Artificial Life in Virtual Environments21 Simulação de Seres Vivos Considerar regras locais em vez de regras globais Considerar regras simples em vez de complexas Considerar comportamentos emergentes em vez de comportamentos pré-especificados

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Artificial Life in Virtual Environments23 Exemplos de Técnicas Máquinas de estado Sistemas não lineares e caos Lógica nebulosa Redes neurais artificiais

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Artificial Life in Virtual Environments25 Autômato Celular Regra 90 Vizinho à esquerdaEstado atualVizinho à direitaNovo estado

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Artificial Life in Virtual Environments27 Sistemas caóticos Dinâmica discreta Características: –Aperiódico: Sem repetição, não re-visita seqüências de valores já assumidos –Limitado: Os valores sempre se encontram dentro de um limite máximo e mínimo –Determinístico: Há uma regra definida governando o sistema, não há aleatoriedade –Alta sensibilidade às condições iniciais

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Artificial Life in Virtual Environments32 Algoritmos Genéticos Inspirados nos mecanismos adaptativos naturais Aplicados na solução de problemas em ciências e engenharias Emprega conceitos de hereditariedade e técnicas como cruzamento e mutação

Artificial Life in Virtual Environments33 Algoritmos Genéticos Vantagens Pouca, ou nenhuma informação adicional sobre o ambiente procurado é necessária a priori A eficiência da busca melhora de acordo com população que amostra o espaço de soluções possíveis Habilidade de evitar mínimos locais Habilidade de lidar com múltiplas dimensões Generalidade sobre várias classes de problemas Provisão de múltiplas boas-soluções Habilidade de localizar a região de solução ótima EXEMPLO... Evolutionary search for Fuzzy Logic Controllers

Artificial Life in Virtual Environments34 Especificação do Projeto Características Motivação Recursos Técnicas ferramentais Java, Java3D Visualização, interatividade Arquitetura da plataforma proposta Experimentos

Artificial Life in Virtual Environments35 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

Artificial Life in Virtual Environments36 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

Artificial Life in Virtual Environments37 Recursos Linguagem Java API Java3D Computadores pessoais Sistemas multiprocessados (Silicon Graphics, projeto SPADE) Cluster de PCs (CAVERNA) Equipamentos de visualização (monitores, Shutter Glasses, HMD, CAVERNA) Internet

Artificial Life in Virtual Environments38 Tecnicas Ferramentais Programação Orientada a Objetos Cálculo vetorial Sistemas Multi-Agentes Programação concorrente/distribuida Computação Gráfica Conceitos de VA

Artificial Life in Virtual Environments39 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

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Artificial Life in Virtual Environments41 Visualização Direcionada, porém não limitada a Caverna digital Aceleradoras gráficas Monitores e Shutter Glasses HMD

Artificial Life in Virtual Environments42 Interatividade Mouse* Keyboard Gloves* Wands* Other tracking devices* *Through Java3D picking behaviour

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Artificial Life in Virtual Environments44 Arquitetura da Plataforma

Artificial Life in Virtual Environments45 Arquitetura da Plataforma

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Artificial Life in Virtual Environments47 Experimentos Testes da plataforma Evolução em um sistema presa-predador Escola de peixes (em desenvolvimento) Demonstrações em biologia –Fungos –Sistema imunológico –Mitose

Artificial Life in Virtual Environments48 Experimentos

Artificial Life in Virtual Environments49 Sistema Presa-Predador

Artificial Life in Virtual Environments50 Sistema Presa-Predador

Artificial Life in Virtual Environments51 Dinâmica Celular

Artificial Life in Virtual Environments52 Escola de Peixes

Artificial Life in Virtual Environments53 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)

Artificial Life in Virtual Environments54 Conclusões A plataforma facilitará a implementação de futuros experimentos O projeto abre espaço para o uso de realidade virtual em experimentos de VA A doutrina de código aberto permitirá o aprimoramento do projeto por usuários em todo o mundo (sourceforge.net) Os experimentos desenvolvidos poderão ser publicados e executados pela Internet, permitindo maior interação entre os grupos de usuários Novas tecnologias poderão ser aproveitadas a medida que surgem, não necessitando mudanças radicais no código

Artificial Life in Virtual Environments55 Agradecimentos Marcio Netto, LSI Claudio Ranieri, LSI Prof. Wolfgang Banzhaf, Universidade de Dortmund

Artificial Life in Virtual Environments56 Referências Rogério Neves, ALIVE Project Site ALIVE Project oficial site ARTLIFE Site

Artificial Life in Virtual Environments57 Fim