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Artificial Life in Virtual Environments 1
Artificial Life in Virtual EnvironmentsArtificial Life in Virtual Environments
Rogério Perino de Oliveira NevesLaboratório de Sistemas IntegráveisGrupo de Vida Artificial
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Partes da ApresentaçãoPartes da Apresentação
Apresentação do candidato (9)Introdução do projeto (22)Especificação do projeto (13)Resultados parciais (6)Observações finais (4)
(54)
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CandidatoCandidato
Rogério Perino de Oliveira NevesData de Ingresso: 5 de Agosto de 2001Orientador: Marcio Lobo Netto
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Formação do CandidatoFormação do Candidato Bacharel em Física, opção Física Computacional,
1996-2000, Instituto de Física de São Carlos, USP. Técnico em eletrônica, especialização em
eletrônica digital, 1991-1994, Fundação Instituto Tecnológico de Osasco.
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Matérias CursadasMatérias CursadasDisciplina Per Co
PCS5756-1 – Metodologia de Desenvolvimento de Interfaces Homem-Computador
3/01 B
PEE5764-1 – Fundamentos à Ciência Cognitiva 3/01 A
PEE5788-1 – Redes de Neurônios Artificiais com Bifurcação e Dinâmica Caótica
3/01 A
PCS5711-2 – Computação Fuzzy 1/02 C
PEE5830-2 – Processamento Digital de Imagens 1/02 A
PMR5005-1 – Fundamentos da Robótica 1/02 A
PSI5000-1 – Vida Artificial e Ambientes Virtuais em Computação Gráfica
1/02 A
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Atividades em GruposAtividades em Grupos Grupo Roda Viva Grupo de Ciências Cognitivas Grupo de Vida Artificial
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PublicaçõesPublicações
Neves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L.“Evolutionary Search for Optimization of Fuzzy
Logic Controllers”1st International Conference on Fuzzy Systems and
Knowledge DiscoveryVolume I, on Hybrid Systems and Applications I ISBN: 981-04-7520-9 (2002)
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ApresentaçõesApresentaçõesNeves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L.“A Virtual Reality Framework for Life Simulations”1st International Conference on Bioinformatics and
Computational BiologyIcoBiCoBi’03 – Ribeirão Preto – SP
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Artigos Aguardando DeferimentoArtigos Aguardando DeferimentoNeves, Rogério P. O. and Netto, Marcio L.“Artificial Life in Virtual Reality Environments”XVI Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image
ProcessingSIBGRAPI 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 BiologyIcoBiCoBi’03 – Ribeirão Preto – SP
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Atividades do MestradoAtividades do MestradoNo. Atividades1. Cumprimento dos créditos relativos a disciplinas2. Pesquisa bibliográfica e levantamento de projetos semelhantes3. Planejamento do projeto4. Implementação da plataforma do projeto5. Estudos de caso utilizando a plataforma implementada6. Análise dos resultados obtidos7. Manutenção da página do projeto8. Elaboração de artigos e participação em eventos9. Redação do texto da dissertação10. Qualificação11. Defesa
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Projeto A.L.I.V.E.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
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Vida ArtificialVida 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”.
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Conceitos ChaveConceitos 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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Tipos de Estudo em VATipos 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
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Problemas Abertos em VAProblemas Abertos em VAComo 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;
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Problemas Abertos em VAProblemas Abertos em VAQuais 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;
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Problemas Abertos em VAProblemas Abertos em VAComo 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
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Exemplos de Programas de VAExemplos de Programas de VA
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Simulação de Seres VivosSimulação 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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Exemplos de TécnicasExemplos de Técnicas Máquinas de estado Sistemas não lineares e caos Lógica nebulosa Redes neurais artificiais
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Autômato CelularAutômato Celular
Regra 90
Vizinho à esquerda Estado atual Vizinho à direita Novo estado
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Sistemas caóticosSistemas 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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Algoritmos GenéticosAlgoritmos 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
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Algoritmos GenéticosAlgoritmos GenéticosVantagens
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
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Especificação do ProjetoEspecificação do Projeto Características Motivação Recursos Técnicas ferramentais Java, Java3D Visualização, interatividade Arquitetura da plataforma proposta Experimentos
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Características do ProjetoCaracterísticas 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
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MotivaçãoMotivação 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
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RecursosRecursos 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
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Tecnicas FerramentaisTecnicas Ferramentais Programação Orientada a Objetos Cálculo vetorial Sistemas Multi-Agentes Programação concorrente/distribuida Computação Gráfica Conceitos de VA
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Java e Java3DJava e Java3DJava
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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VisualizaçãoVisualização
Direcionada, porém não limitada a
Caverna digital Aceleradoras gráficas Monitores e Shutter Glasses HMD
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InteratividadeInteratividade Mouse* Keyboard Gloves* Wands* Other tracking devices*
*Through Java3D picking behaviour
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Arquitetura da PlataformaArquitetura da Plataforma
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Arquitetura da PlataformaArquitetura da Plataforma
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ExperimentosExperimentos
Testes da plataforma Evolução em um sistema presa-predador Escola de peixes (em desenvolvimento) Demonstrações em biologia
– Fungos– Sistema imunológico– Mitose
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ExperimentosExperimentos
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Sistema Presa-PredadorSistema Presa-Predador
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Sistema Presa-PredadorSistema Presa-Predador
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Dinâmica CelularDinâmica Celular
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Escola de PeixesEscola de Peixes
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AplicaçõesAplicações 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)
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ConclusõesConclusões 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
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AgradecimentosAgradecimentos
Marcio Netto, LSIClaudio Ranieri, LSIProf. Wolfgang Banzhaf,
Universidade de Dortmund
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ReferênciasReferências
Rogério Neves, ALIVE Project Sitehttp://www.lsi.usp.br/~rponeves/ALIVE Project oficial sitehttp://www.lsi.usp.br/~alive/ARTLIFE Sitehttp://www.lsi.usp.br/~artlife/
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FimFim