taller de matemáticas: la inteligencia artificial aplicada al diseño por ordenador


Hoy he asistido a otro taller de matemáticas en acción organizado por el Aula de la Ciencia y del Departamento de Matemáticas, Estadística y Computación de la Universidad de Cantabria (UC) En este taller se ha abordado la inteligencia artificial aplicada al diseño por ordenador a cargo de Andrés Iglesias, del Departamento de Matemática Aplicada y Ciencias de la Computación de la UC.

El ponente se encuentra en el grupo de investigación del departamento llamado Matemática Aplicada y Computación. Precisamente han desarrollado un proyecto de investigación de Convocatoria Nacional que tiene como denominación el título de la conferencia, en el 2006.

Al principio de la presentación nos comentó que las técnicas de Inteligencia Artificial se están empezando a aplicar a sistemas de simulación gráfica de entornos 3D con muchos fines, pero el principal es desarrollar agentes gráficos autónomos a fin de utilizarlos para la realización de simulaciones de todo tipo, incluyendo películas de animación pero también simulación de espacios arquitectónicos, control del flujo de personas en edificios, … Hasta ahora las técnicas que se han utilizado para simular personajes virtuales en estos entornos han sido la programación de scripts bajo la dirección de técnicos artísticos y de animación. Ahora se trata de que los personajes se conviertan en agentes inteligentes autónomos.

Puso muchos ejemplos históricos y recientes de lo que se está haciendo. Que yo recuerde nos puso una animación/corto de una serie que se está rodando para la BBC sobre la antigua roma con personajes totalmente artificiales en el que se están desarrollando herramientas punteras. También la simulación de una antigua estación de metro en la que un personaje implementado como agente inteligente autónomo se mueve por la misma con el objetivo de coger un tren y realiza todas las acciones (comprar el ticket, …) pero también otras dependiendo de sus deseos y estados emocionales (va a una máquina de bebidas a comprar una, viendo que tiene tiempo)

En el ámbito europeo nos mencionó a varios investigadores que trabajan en institutos de investigación y algunos metidos en proyectos europeos. Entre los que recuerdo se encuentran Daniel Thalmann, Profesor y Director del Virtual Reality Lab (VRlab) at EPFL, Switzerland con sus simulaciones de multitudes en espacios abiertos (Sistemas Multiagente Gráficos, en concreto human BDI agents)

Al otro lado del atlántico, en Canadá, está Demetri Terzopoulos, que según he podido leer es doctor por el MIT en AI y en 2005 recibió un premio de Academy of Motion Picture Arts and Sciences por su trabajo pionero en la simulación de ropa para películas. También Michael Gleicher, de la Universidad de Wisconsin (en su página web se encuentran enlaces a su curso de tecnología de juegos por computador, sus papers y sus charlas) Y Karl Sims del MIT y fundador de GenArts Inc.

Nos explicó también la aplicación de técnicas matemáticas y de AI para la exploración y búsqueda de caminos evitando obstáculos ( pathfinding ) basados en algoritmos A* y diagramas de Voronoi. Se han copiado muchas técnicas de la robótica. Los métodos actuales más sofisticados incluyen técnicas bioinspiradas de swarm intelligence.

La evolución de los sistemas virtuales gráficos se centró en una primera etapa en modelar de la forma más precisa el mundo físico, utilizando precisamente los conocimientos de física y matemáticas. Nos mostró unas simulaciones del movimiento sinuoso de animales sin esqueleto interno basado en un sistema de muelles. Luego se empezaron a simular animales más complejos como peces, con sus movimientos característicos. En el caso del ser humano se han utilizado técnicas que permiten mediante sensores recoger movimientos característicos que luego se modelan fielmente. Actualmente existen librerías que tienen todos esos movimientos listos para ser utilizados. Muchos de estos resultados se están pasando a la robótica.

La nueva frontera es incluir en estos perfectos elementos simulados comportamientos inteligentes y autónomos incluyendo técnicas de AI que implementan Behavioral Animation Modelling (self-animating characters) o Cognitive Modelling. Esto ha dado lugar a arquitecturas y frameworks especialmente diseñados con este fin como IVA Architecture (?) de Thalmann y Caicedo; Boids de Graig Reynolds; …

Finalmente el ponente nos mostró el trabajo realizado junto con un doctorando (Luengo) en el que los estados internos de los agentes fueron modelados con funciones matemáticas continuas derivadas de estudios sociológicos y fisiológicos del ser humano sacados de libros de esos campos científicos, en especial de un campo científico no muy desarrollado en España que es la Sociología Matemática.

6 comentarios en “taller de matemáticas: la inteligencia artificial aplicada al diseño por ordenador

  1. Tirando del hilo en la red (empezando por buscar al ponente en Google Academics) he encontrado una tesis doctoral que ha dirigido sobre el tema en el 2005:

    Autor: Luengo González, Franciso Alberto.

    Título: Nuevas técnicas para la animación del comportamiento de agentes virtuales autónomos: tesis doctoral / realizada por Francisco Alberto Luengo González ; bajo la dirección de Andrés Iglesias González.

    Editorial: Santander : Universidad de Cantabria, 2005.

    Descripción física: 183 p. ; 30 cm.

    Notas:

    En port.: presentada en el Departamento de Matemática Aplicada y Ciencias de la Computación de la Universidad de Cantabria.

    Tesis Univ. Cantabria.
    ISBN: 84-689-6945-1

    Además, puesto que la Universidad de Cantabria se encuentra unida a TDR (Tesis Doctorales en Red), un repositorio cooperativo que contiene, en formato digital, las tesis doctorales leídas en las universidades de Catalunya y de otras comunidades autónomas, he podido localizar la tesis. Para encontrarla he puesto como criterios de búsqueda el director de la tesis (Iglesias Prieto, Andrés)

    Este es su resumen:

    RESUMEN

    En el ámbito de la Vida Artificial, el termino de agentes virtuales autónomos (AVA) es utilizado para definir personajes que habitan en un mundo virtual 3D, y cuya apariencia y comportamiento intentan imitar las de seres vivientes reales, con la intención de crear la ilusión de que ellos también lo son. Pero para que un personaje virtual resulte convincente, no solo debe parecer real, sino también comportarse de manera real. El presente trabajo hace un aporte al desarrollo de sistemas de animación del comportamiento para AVAs, enfocándose principalmente en la animación de humanos virtuales autónomos; presentando un marco general de simulación para la incorporación de técnicas computacionales que faciliten el desarrollo de simulaciones de actores virtuales, a la vez que introduce un nuevo esquema de animación del comportamiento, el cual incorpora diferentes módulos que intentan emular el proceso cognitivo que genera la toma de decisiones. La integración de los elementos gráficos y el sistema de control de comportamiento desarrollado dan origen a la generación de simulaciones donde humanos virtuales exhiben comportamientos realistas, basados en objetivos, y motivados por parámetros emocionales, estados internos, y conocimiento sobre el entorno y sobre si mismos.

  2. He encontrado buscando por la red un artículo científico del ponente junto con Luengo derivado de una ponencia en un encuentro científico, que trata del trabajo comentado en la presentación:

    A new based-on-artificial-intelligence framework for behavioral animation of virtual actors

    Iglesias, A.; Luengo, F.

    Computer Graphics, Imaging and Visualization, 2004. CGIV 2004.

    Proceedings. International Conference on
    Volume , Issue , 26-29 July 2004 Page(s): 245 – 250

    Digital Object Identifier 10.1109/CGIV.2004.1323993

    Summary: The realistic animation of the behavior of virtual actors emulating human beings has been a very dynamic field of research during the last few years. A major goal is to create a behavioral system for the virtual actors so that they behave as realistic as possible. Among the large number of different techniques to solve this problem, those based on artificial intelligence (AI) do represent a powerful (but not well explored yet) approach. In this paper, we present a new framework for behavioral animation of virtual actors. The framework applies several artificial intelligence techniques (neural networks, expert systems, fuzzy logic, K-means) to build a sophisticated behavioral system so that the actors can take intelligent decisions by themselves. The paper describes the general framework, its main components and how these AI techniques have been effectively applied to this purpose. Some programming issues, the main steps of the simulation flow and some illustrative examples are also analyzed in this paper.

  3. Interesante artículo, lamentable que por acá no se hagan ese tipo de talleres. De todas formas, ya había leído sobre los mismos métodos de comportamiento en otros artículos, lo nuevo que me llamó la atención es cómo el agente comprenderá el entorno virtual (ya que requiere un aprendizaje sobre modelos virtuales, no sobre modelos reales), supongo que el entorno deberá estar muy bien constituido para que el agente no tenga problemas en desplazarse.

    Saludos

  4. Hola Gerardo:

    Soy Andres Iglesias. Solo para comentarte que me ha gustado mucho el resumen que hiciste de mi charla sobre la inteligencia artificial para el diseño y los graficos por computador. Realmente has descrito muy bien sus contenidos, de una forma tan precisa y documentada que dificilmente podria haberlo hecho yo mismo. Ademas, me ha gustado mucho tu estilo, muy didactico. Podrias dedicarte a la docencia con plenas garantias.

    Aprovecho tambien la ocasion para enviarte mi pagina web personal:

    http://personales.unican.es/iglesias/

    por si deseas añadirla a tus comentarios sobre la charla.

    Gracias por tu valiosa labor de difusion del conocimiento. Un placer ver paginas como la tuya.

    Un fuerte abrazo

    Andres.

  5. laa verdad yo no emtiendo mucho sobre la inteligencia artificial pero m gustaria q m informaran mas sobre est tema ya q en la escuela m pidieron un ensayo sobre esto,y obvio para hacer un ensayo se necesita de madurez y dominacion del tema y la verdad no entiendo nada.espero alguien m ayude pero q sea antes del miercoles x fa

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