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Uso de Ontologias em
Ambientes e Humanos VirtuaisDaniel CamozzatoFernando MarsonRossana B. Queiroz
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Sumário
• Introdução• Ambientes Virtuais• Humanos Virtuais• Animação Comportamental• Considerações Finais
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Conceito
•Ontos = Existência / Logos = Conhecimento
•Ontologia = Área da metafísica que lida com a natureza da existência.
•“Estudo do que existe”.
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Conceito - Especificação
•Modelagem sistemática do que existe.
•Uma especificação formal de como representar objetos, conceitos e relacionamentos que existem em um domínio.
•“Uma especificação de uma conceitualização”.
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Conceito – Compreensão Compartilhada
•“Uma compreensão compartilhada a respeito de um domínio”.
•Ontologia é um método para organizar o conhecimento:
▫Acrescentando significado a dados
▫Torna o conhecimento compreensível tanto para humanos como para computadores
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Com o que uma ontologia se parece?
•Depende!
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Com o que uma ontologia se parece?
•Ontolingua, KIF, Frame Ontology, OKBC, OCML, Flogic, LOOM, SHOE, RDF, RDFS, XOL, OIL, DAML, OWL…
•Formalidade – Informal, semi-informal, semi-formal, formal
•Tipo de conhecimento – genérico, domínio, aplicação, meta-ontologia
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Aplicações na Ciência da Computação
•Inter-operabilidade entre sistemas
•Gerenciamento de conhecimento (information retrieval, document management, knowledge base systems)
•Processamento de linguagem natural (análise semântica, estrutura léxica)
•Web semântica (representação dos dados na web)
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Aplicação em Computação Gráfica•É útil para aplicações de Computação
Gráfica▫Semântica associada à representação
gráfica, visual▫Compartilhamento de recursos
Muitos formatos, representando o mesmo domínio de conhecimento
▫Representação do mundo virtual Especificação e relação entre seus diversos
componentes Modelagem de comportamentos
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Ambientes Virtuais
•São abstrações do ambiente real.
•São cenários que permitem a interação entre usuários, humanos e objetos virtuais.
•Aplicações▫Aprendizagem (Moodle, Teleduc)▫Simulação (Controle de tráfego, circuitos
digitais)▫Entretenimento (MUD’s, MOO’s,
SecondLife)
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Ambientes Virtuais 3D•Possuem geometria e topologia
associadas.
•Podem possuir semântica.
•Características▫Habitáveis▫Interativos / Reativo▫Colaborativos▫Inteligentes
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Ambientes Virtuais e Semântica•Aplicada à diversas áreas de
conhecimento▫Herança cultural
Resgate histórico Reconstrução de cidades Simulação
▫Arquitetura Reprodução de estilos arquitetônicos
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Ambientes Virtuais e Semântica•Representing the Semantics of Virtual
Spaces (Chen, 1999)▫Categoriza os espaços virtuais em eixos
Representação: textual – gráfica Uso: recreativo – profissional
▫Análise da aplicação de semântica em ambientes virtuais
▫Estudo de caso: StarWalker
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantics-based representation of virtual
environments (Gutierrez, 2005)
▫Apresenta uma definição para representação e uso de objetos virtuais dentro de ambientes virtuais com o uso de semântica Representação visual Representação funcional Reusabilidade
▫Estudos de caso Animação e representação de humanos virtuais com
multi-definição Humanos virtuais autônomos Condução de orquestra virtual
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantics-based representation of virtual
environments (Gutierrez, 2005)
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantics-based representation of virtual
environments (Gutierrez, 2005)
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantics-based representation of virtual
environments (Gutierrez, 2005)
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantics-based representation of virtual
environments (Gutierrez, 2005)
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantic Description of 3D Environments: a
Proposal Based on Web Standards (Pittarello, 2006)▫ Apresenta uma abordagem para relacionar
semântica e representação gráfica.▫ OWL e X3D (XML)▫ Descrição de funcionalidades do ambiente▫ Ontologias independentes de cenários▫ Estudos de caso
Extração de informação semântica para deslocamento do usuário
Visita guiada a um palácio de Veneza
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantic Description of 3D Environments: a
Proposal Based on Web Standards (Pittarello, 2006)
![Page 21: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/21.jpg)
Ambientes Virtuais e Semântica• Semantic Description of 3D Environments: a
Proposal Based on Web Standards (Pittarello, 2006)
▫ Relações possíveis entre objetos semânticos containedBy: especifica que um objeto está contido
por um componente de maior nível hierárquico.
sharedBy: especifica que o objeto é compartilhado por dois objetos hierarquicamente superiores
boundedBy: expressa que o objeto está associado à um determinado espaço semântico
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Ambientes Virtuais e Semântica• Semantic Description of 3D Environments: a
Proposal Based on Web Standards (Pittarello, 2006)
![Page 23: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/23.jpg)
Ambientes Virtuais e Semântica• Semantic Description of 3D Environments: a
Proposal Based on Web Standards (Pittarello, 2006)
![Page 24: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/24.jpg)
Ambientes Virtuais e Semântica• Semantic Description of 3D Environments: a
Proposal Based on Web Standards (Pittarello, 2006)▫ Utilização do VoiceXML
Informações sobre o ambiente são repassadas ao usuário através de voz sintetizada.
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Ambientes Virtuais e Semântica• Visual creation of inhabited 3D environments: An
ontology-based approach (Garcia-Rojas, 2008)
▫ Criação de ambientes virtuais habitáveis
▫ Definição de comportamento e funcionalidades de objetos virtuais
▫ Programação Visual
▫ Java, OWL e X3D
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Ambientes Virtuais e Semântica• Visual creation of inhabited 3D environments: An
ontology-based approach (Garcia-Rojas, 2008)
![Page 27: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/27.jpg)
Ambientes Virtuais e Semântica• Visual creation of inhabited 3D environments: An
ontology-based approach (Garcia-Rojas, 2008)
![Page 28: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/28.jpg)
Ambientes Virtuais e Semântica• Visual creation of inhabited 3D environments: An
ontology-based approach (Garcia-Rojas, 2008)
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Ambientes Virtuais e Semântica• Visual creation of inhabited 3D environments: An
ontology-based approach (Garcia-Rojas, 2008)
![Page 31: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/31.jpg)
Humanos Virtuais
•Representação de um humano em meio virtual▫Modelagem e Animação
Forma 3D (malha de polígonos) Estruturas auxiliares à animação (esqueleto,
músculos, pontos de controle)▫Estruturas que armazenam esses dados
normalmente não “sabem” o que cada um dos componentes representa Falta semântica associada
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Humanos Virtuais
•Representação de um humano em meio virtual▫Incorporação de uma “camada semântica”
para a descrição de: Características ou atributos (features) Funcionalidades
O que é um braço? O que um braço faz?
Interação Como ele interage com o corpo e o
ambiente? Habilidades
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Modelagem
Rigging Skinning
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Preparação de quadros-chave da animação
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Exemplo de personagem virtual animado
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AQUI ESTAVA O VÍDEO DE MOTION CAPTURE
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AQUI ESTAVA O VÍDEO DOS HUMANOS VIRTUAIS(VHLAB e carinhas caminhando no prédio 32)
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Humanos Virtuais
•An Ontology of Virtual Humans (Gutiérrez, 2007)▫ Conhecimento relacionado com:
Modelagem do corpo e análise Animação Interação com objetos virtuais
▫ Algoritmos para a aquisição automática ou semi-automática de dados em humanos virtuais já existentes Detecção dos membros e do tronco Detecção das juntas Extração do esqueleto
![Page 39: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/39.jpg)
Humanos Virtuais
•An Ontology of Virtual Humans (Gutiérrez, 2007)
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Humanos Virtuais
•An Ontology of Virtual Humans (Gutiérrez, 2007)▫ Questões de competência para determinar o escopo da
ontologia História do modelo Lista de features Seqüências de animação Algoritmos de animação Interação com objetos
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Humanos Virtuais•An Ontology of Virtual Humans
(Gutiérrez, 2007)▫ Conceitos definidos para expressar de maneira formal a
informação e conhecimento associados aos HVs: Geometria
Forma do corpo Acessórios
Animação Corpo Face
Morfologia Idade, peso, altura, gênero...
Comportamento Descritor e controles de comportamento
• Descritor de individualidade: personalidade, cultura, histórico, etc
• Algoritmos que conduzem os comportamentos considerando estado emocional e individualidade
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An Ontology of Virtual Humans (Gutiérrez, 2007)
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Humanos Virtuais
•An Ontology of Virtual Humans (Gutiérrez, 2007)▫ Os Recursos são o produto que o usuário quer obter
quando buscarem por um componente Um ou mais arquivos Algoritmos
▫ Cenários de aplicações Repositório de personagens virtuais Repositório de modelos Reconhecimento/extração/análise de formas
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Humanos Virtuais
•An Ontology of Virtual Humans (Gutiérrez, 2007)
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Animação Facial
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AQUI ESTAVA O VÍDEO DE ANIMAÇÃO FACIAL
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Humanos Virtuais
•Emotional face expression profiles supported by virtual human ontology (García-Rojas, 2006)▫ Foco em expressões faciais conduzidas pelo estado
emocional Animação certa para uma expressão de emoção
▫ Padrão de Animação Facial MPEG-4 Pontos de controle Parâmetros de animação
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Humanos Virtuais
Feature Points(FPs)
Facial Animation Parameter Units(FAPU)
Facial AnimationParameters(FAPs)
Arquivo de animação FAPOverview do MPEG-4 FA
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Humanos Virtuais
•Emotional face expression profiles supported by virtual human ontology (García-Rojas, 2006)▫ Domínio da ontologia
Algumas questões: Quais são as animações de face para expressar a emoção
sad? Quais os tipos de expressão angry existem? Qual é o intervalo dos FAPs para as seguintes emoções:
worried, terrified? Dado um conjunto de valores FAP qual a emoção que pode
ser produzida?
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Humanos Virtuais
50
•Emotional face expression profiles supported by virtual human ontology (García-Rojas, 2006)▫ Modelos de emoções
Emoções básicas de Ekman anger joy sadness surprise disgust fear
Espaço de avaliação/ativação de Whissel
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Humanos Virtuais
•Emotional face expression profiles supported by virtual human ontology (García-Rojas, 2006)▫ Protótipos de expressões
Perfis (profiles) 25 perfis, agrupados nas 6 emoções básicas
▫ Computação de expressões intermediárias
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Descrição dos perfis de protótipos e expressões intermediárias e a representação de emoção
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Humanos Virtuais
•Emotional face expression profiles supported by virtual human ontology (García-Rojas, 2006)▫ Exemplo de população de perfis de expressões na
ontologia Profiles fear e sad geram a expressão intermediária
depressed União dos intervalos dos FAPs dos profiles
![Page 54: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/54.jpg)
![Page 55: Uso de Ontologias em Ambientes e Humanos Virtuais Daniel Camozzato Fernando Marson Rossana B. Queiroz](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070311/552fc12a497959413d8cd744/html5/thumbnails/55.jpg)
Modelagem Hierárquica em CG
•Diferentes níveis de abstração na modelagem de controle de uma animação.
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Behavior / Cognitive Modeling
•Behavior Modeling – modela a percepção e o comportamento reativo do ator
•Cognitive Modeling – Governa o que um ator sabe, como o conhecimento é adquirido e como ele pode ser utilizado para planejar as ações
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Layered Virtual Human
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Layered Virtual Human
Ontologia
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Animação Comportamental
• Individualized Reaction Movements For Virtual Humans (García-Rojas 2006)▫ Personagens virtuais com comportamentos realísticos
Providos de autonomia num mundo virtual habitado Reação a estímulos ou eventos, levando em
consideração a individualidade do personagem
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Animação Comportamental
• Individualized Reaction Movements For Virtual Humans (García-Rojas 2006)
▫Estudo de caso: objeto vindo em direção ao HV
▫Tipos de reação: Intersect Avoid Protect
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Animação Comportamental
• Individualized Reaction Movements For Virtual Humans (García-Rojas 2006)
▫Conceitos para a ontologia Descritor morfológico Individualidade Corpo Controladores de comportamento Comportamento de Reação Cinemática Inversa
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Representação semântica da modelagem da reação individual
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Animação Comportamental
•Simulation of Individual Spontaneous Reactive Behavior(García-Rojas 2008)
▫ Continuação do trabalho, acrescentando um modelo de personalidade (Five Factor Model)
Árvore de decisão para o comportamento reativo
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Animação Comportamental
•Simulation of Individual Spontaneous Reactive Behavior(García-Rojas 2008)
▫A emoção regula o movimento Generic Personality and Emotion Model
(PEModel) Mapeamento/anotação de ações de acordo com o
estado emocional
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Animação Comportamental
•Simulation of Individual Spontaneous Reactive Behavior(García-Rojas 2008)
Individualidade do HV Composição da animação de personagens
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Animação Comportamental
•Simulation of Individual Spontaneous Reactive Behavior(García-Rojas 2008)
Semântica do movimento reativo usando Cinemática Inversa
Descrição das expressões emocionais usando interpolação de Keyframes
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Animação Comportamental
•Simulation of Individual Spontaneous Reactive Behavior(García-Rojas 2008)
▫ Um cenário de aplicação. Os VHs: Percebem um evento, e viram a cabeça olhando pra ele É obtido o tipo de reação de acordo com a personalidade Têm sua postura e reação computados (animação) Seu estado emocional é atualizado São adicionadas as animações restantes de acordo com o estado
emocional
VH com percepção sintética (visão, audição e tato)
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Cena inicial
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Seqüência do cenário reativo
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Animação Comportamental
•AI-LIVE
▫Simulação/jogo contendo personagens humanos e personagens controlados pelo computador
▫Cenário contém células e entidades
▫ Entidades podem ser atores, paredes, objetos ou relacionamentos entre objetos/atores
▫ A ontologia inclui desde as ações que podem ser realizadas no ambiente até características psicológicas dos atores
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AI-LIVE
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Animação Comportamental
•Human Behavior Models
▫ Uma ontologia de valor descreve os princípios e preferências de um agente com o conceito “terrorista”
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Animação Comportamental
•Human Behavior Models▫ Uma decisão pode ser através da árvore de princípios.
Ex: para cumprir sua missão, o terrorista pode escolher um curso de ação que o leve à morte.
▫ (1,0 * 0,2)+(0,7 * 0,2) – 0,2 = 0,14
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Animação Comportamental
•Human Behavior Models
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Animação Comportamental
•Ontology-based Crowd Simulation for Normal Life Situations▫ Locais possuem um schedule de funcionamento
▫ Agentes possuem um profile que determina o comportamento espacial ao longo do dia
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Animação Comportamental
•Ontology-based Crowd Simulation for Normal Life Situations
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Animação Comportamental
Ontology-based Crowd Simulation for Normal Life Situations
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Considerações
•Utilização de ontologias para descrição/simulação de:▫Ambientes Virtuais▫Humanos Virtuais
•Conhecimento sobre▫Modelagem▫Animação▫Interatividade▫Funcionalidade▫Comportamento
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Considerações• Agrega conhecimentos de outras áreas
▫ História▫ Arquitetura▫ Biologia▫ Psicologia▫ ...
• Pesquisas recentes
• Um grupo de pesquisadores bastante focado no assunto ▫ García-Hojas (École Polytechnique Fédérale de Lausanne,
Suíça)▫ Gutérrez (National Institute for Astrophysics, Optics and
Electronics, México)
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Referências• Gutiérrez A., M., García-Rojas, A., Thalmann, D., Vexo, F., Moccozet,
L., Magnenat-Thalmann, N., Mortara, M., and Spagnuolo, M. 2007. An ontology of virtual humans: Incorporating semantics into human shapes. Vis. Comput. 23, 3 (Feb. 2007), 207-218.
• García-Rojas, A., Vexo, F., Thalmann, D., Raouzaiou, A., Karpouzis, K., Kollias, S., Moccozet, L., and Magnenat-Thalmann, N. 2006. Emotional face expression profiles supported by virtual human ontology: Research Articles. Comput. Animat. Virtual Worlds 17, 3-4 (Jul. 2006), 259-269.
• B. G. Silverman, M. Johns, R. Weaver, K. O'Brien, R. Silverman. "Human Behavior Models for Game-Theoretic Agents: Case of Crowd Tipping". In: 10th Conference On Computer Generated Forces and Behavioral Representation, SISO, May 2001.
• S. Fernandez, R. Adarve, M. Perez, M. Rybarczyk, D. Borrajo. "Planning for an AI based virtual agents game". ICAPS Workshop in AI Planning for Synthetic Characters and Computer Games, 2006.
• D. C. de Paiva, R. Vieira, S. R. Musse. "Ontology-based Crowd Simulation in Normal Life Situations". Computers & graphics, v. 1, p. 221-226, 2005.
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Referências• García-Rojas, A., Gutiérrez, M., and Thalmann, D. 2008. Simulation of
individual spontaneous reactive behavior. In Proceedings of the 7th international Joint Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems - Volume 1 (Estoril, Portugal, May 12 - 16, 2008). International Conference on Autonomous Agents. International Foundation for Autonomous Agents and Multiagent Systems, Richland, SC, 143-150.
A. Garcia-Rojas, F. Vexo, and D. Thalmann. Individualized reaction movements for virtual humans. In GRAPHITE '06: Proceedings of the 4th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australasia and Southeast Asia, pages 79--85, New York, NY, USA, 2006. ACM Press.
• Gutierrez, M.; Vexo, F. & Thalmann, D. 2005, 'Semantics-based representation of virtual environments', International Journal of Computer Applications in Technology 23(2-4), 229--38.
• Chen, C.; Thomas, L.; Cole, J. & Chennawasin, C. (1999), 'Representing the semantics of virtual spaces', Multimedia, IEEE 6(2), 54-63.
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Referências• Pittarello, F. & Faveri, A. D. 2006, Semantic description of 3D
environments: a proposal based on web standards, in 'Web3D '06: Proceedings of the eleventh international conference on 3D web technology', ACM, New York, NY, USA, pp. 85--95.
• Garcia-Rojas, A.; Gutierrez, M. & Thalmann, D. 2008, 'Visual creation of inhabited 3D environments: An ontology-based approach', Visual Computer.