Agentes no Entretenimento(Jogos, Cinema)

Agentes no EntretenimentoAgentes no Entretenimento(Jogos, Cinema)(Jogos, Cinema)

Universidade de Lisboa, Abril 2008

Helder Helder CoelhoCoelhoICC e LabMAG, FCUL

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Índice

1. Introdução.2. Indústria: Cinema.3. GIA/FCUL.4. Conclusões.

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Mistérios da mente

Como as nossas mentes constroem novas ideias? Como aprendemos com as nossas experiências? Como fazemos para raciocinar e pensar? Porquê conservamos tantas crenças sobre as

quais temos tão poucas evidências? Como trabalha a imaginação? O que é o amor, a atracção, e outras emoções? O que são os objectivos, os valores e os ideais?

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1. Introdução“Ao incorporar as técnicas da modelação cognitiva,

os futuros jogos terão personagens autónomas,mais inteligentes, ágeis e credíveis.”

Craig Reynolds, Sony Playstation.

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Controlando grupos(de objectos)

Grupo Nº de Elementos Física Inteligên.

Partículas muitos muita, com ambiente nenhuma

Bandos alguns alguma, com ambiente limitada

Agentes variável pouca/alguma muitaautónomos

Só no século XXI, Jogos e Cinema começaram aexplorar os agentes autónomos! As partículas e osbandos dominaram no século XX.

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Sistema de partículas

Grande colecção de elementos individuais, osquais quando juntos representam um objecto.

Aparência e comportamentos simples. Partículas comportam-se de acordo com uma

Física simples em relação ao ambiente, mas nãoem relação às outras partículas.

Quando juntas, as partículas criam a impressãode um objecto único, complexo e dinâmico.

Esta ilusão é chamada comportamentoemergente.

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Sistema de partículas

Geração de partículas Geradas de acordo com um processo estocástico. Para cada ”frame”, é gerado um número aleatório de

partículas, com base numa quantidade médiadesejável e uma distribuição configurada peloutilizador.

Distribuição uniforme, gaussiana, …

Atributos de uma partícula Determinam o seu movimento, aparência e vida. Posição, velocidade, forma, cor, transparência, tempo

de vida. Inicializados quando do nascimento da partícula.

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Comportamento de bando

Considera um número moderado de membros. Cada membro é controlado por um conjunto

simples de regras locais. Comportamento físico simples e inteligência

limitada. Pressupõe maior interacção entre os membros,

em comparação com as partículas. Como nas partículas, possui um comportamento

emergente, montada sobre os comportamentoslocais individuais.

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BOIDS

Comportamento de um bando (pássaros) écontrolado por duas forças antagónicas: Evitar a colisão com outros membros e obstáculos no

ambiente (possui maior precedência). Procurar o centro do bando.

Craig Reynolds (Sony Playstation).

BOID = Biological andrOID

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Comportamento de bando

Percepção Informação resultante guia raciocínio e tomada de

decisão. Principal diferença em relação aos sistemas de

partículas. Definir região de percepção (campo visual do boid).

Interacção com outros boids Força de atracção entre boids. Um boid tem de se

manter como parte do grupo. Força de repulsão entre boids. Tentativa de evitar

colisão.

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Comportamento de bando

Interacção com o ambiente Objectivo principal: evitar a colisão. Como realizar?

Usando campos de força.

Controle global de movimento Deve ser definido um objectivo global do grupo. Este objectivo pode influenciar todos os membros do

bando, ou apenas o líder. Membros podem seguir o líder, estar com o grupo ou

uma combinação desses.

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Simulação de multidões

Animação baseada na Sociologia. Criação de efeitos comportamentais:

Dominação (um ou mais líderes influenciam). Partilha (influência do grupo em um indivíduo). Pânico. Multidões.

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Simulação de multidões

Comportamentos básicos 2001 pessoas caminhando juntas. Busca de objectivo. Fuga da colisão. Previsão antecipada de colisão.

Simulação de grupos com comportamentos Estado emocional. Pontos de interesse. Nível de dominação. 1400 agentes.

Penn Station, N.Y. (USA)

Grande Templo de Petra

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Simulação de multidões

Sistemas de simulação de multidões devemprover diversas camadas de controle e animação: Multidão como actor único. Grupos dentro da multidão. Indivíduos na multidão.

Requisitos básicos: Capacidade de controle do fluxo. Detecção e tratamento de colisões. Composição entre acções previamente armazenadas

em biblioteca.

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Comportamento autónomo

Resulta da modelação do processo cognitivo doagente.

Agente: Conhece e vê o ambiente no qual está. Sabe porque está no estado presente. Planeia uma reacção a estas circunstâncias. Possui estado interno (crenças, desejos, intenções,

emoções, regras de comportamento, etc.).

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Escala da cognição(explicar como uma mente funciona)

Percepção

Crença Desejo

Intenção

Acção

Mundo

vontade

decisão

(escolha)

(deliberação, escolha)

(deliberação, escolha)

(Devlin, 1991)

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Comportamento autónomo

Como um agente conhece o ambiente? Modelo simples: aceder às bases de dados que definem

o ambiente. Modelo complexo:

Adquirir informações do ambiente com sensores e memória. Visão: olhar a cena do ponto de vista do agente. Tacto: modelado através da detecção de colisões. Memória.

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Agente autónomo

Possui conduta própria (comportamento). Percebem objectos e outros actores. Guiados por sensores virtuais (visuais, tácteis,

auditivos). Agem em função da percepção. Não exigem intervenção contínua do utilizador.

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Credebilidade do agente

Acção Comunicação Estado cognitivo do agente consistente com cada

nível do seu comportamento: Expressões faciais, orientação visual. Gestos, movimentos corporais, postura. Contactos físicos, comportamento espacial. Aparência.

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Aproveitamento tecnológico(para os Jogos e Cinema)

Partículas Bandos Multidões

Comportamental

Perceptual visão

Geométrica forma

Cinemática movimento

ModelaModelaçãçãooCognitivaCognitiva

(Funge,1999)

AgentesAutónomos

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Modelação cognitiva

Animação por computador: IA (Agentesautónomos) com CG em direcção a “criaturascom qualidades”, além de uma cara bonita.

Permitir ao projectista que especifique ocomportamento desejado de uma personagem aomais alto nível de abstracção.

“O grande desafio é criar carácteres sintéticoscom habilidades cognitivas de proporçõeshumanas”. (D. Terzopoulos)

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2. Indústria: Cinema

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Cinema: saltos

1º) Young Sherlock Holmes, Barry Levinson,Industrial Light&Magic, 1986.

2º) Casper, Brad Silberling, IndustrialLight&Magic, 1995.

3º) Toy Story 1, John Lasseter, Pixar (1995)

A Bug´s Life de John Lasseter, Disney + Pixar.AntZ, Eric Darnell e Tim Johnson DreamWorks.Mulan de B. Cook e T. Bancroft, Disney + Pixar.The Prince of Egypt, DreamWorks.

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Animação por computador

Ponto de vista da Computação Gráfica: Tron,1982.

Ponto de vista da IAD: onde cada personagem éum agente autónomo em cenas de multidão(Corcunda de Notre Dame) e de batalha (Mulan),com milhares de figurantes autónomos que semovem sem se tocarem.

Técnicas modernas para captaros efeitos de profundidade e de movimento.

Duplos: Final Fantasy (2001).

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Animação por computador

O computador substituios complicados movimentos decâmara dando ainda maiormobilidade e ritmo ao filme(exemplo, Titanic). George Lucas: 3ª série de filmes da saga A

Guerra das Estrelas (Episódio 1, “A Ameaça doFantasma”, 1999).

Demosaurus Rex da Intel e Angel Studios. Matrix.

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Animação por computador

Rei Leão (1994). Corcunda de Notre Dame (1996). Princípe do Egipto (1998)

4 tipos diferentes de personagens. Outras criadas através de morphing 3D entre estes 4. Algumas cenas com apenas 20 personagens, e outras

com centenas de milhares: cena final com 146.000.

Sequência de animação com 600.000 escravos em“O Príncipe do Egipto”: 12 artistas a trabalharmais de 318.000 horas (separação das águas doMar Vermelho)!

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Exemplos da animação

Uma Vida de Insecto (A Bug´s Life) de John Lasseter eAndrew Stanton (1999): 430 cenas envolvendo multidões. 600 personagens diferentes. 2300 acções diferentes na biblioteca de acções. Personagens com personalidades (agressivos, tímidos). Cenas com 750 formigas distintas: vários personagens (P.T., Atta,

Flik, Francis, Heimlich, Hopper, Gypsy) contra 2 apenas em ToyStory.

Expressão facial da formiga Flick manipulada através de320 controlos de movimento (os 2 heróis de Toy Story,1995, eram manipulados com 135 controlos) e 3000 partesdo corpo são móveis (em 1995 só 750 partes eram móveis).

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Exemplos da animação

AntZ (1998): cena do bar 720 cenas com multidões. Multidões: 2.000 formigas (máximo de 80.000). Personagens principais interagem com multidões.

Ameaça Fantasma (Star Wars 1: The PhantomMenace, 1999) Batalha entre os Droids e o exército Gungan. Acções sintetizadas, outras com “motion capture”. Caminho de cada criatura definido com o auxílio de

um sistema de partículas. 110 cenas de multidões. 140 cenas na biblioteca de acções.

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Animação por computador

Do Parque Jurássico de Spielberg (1995) à sérieda BBC “O Tempo dos Dinosáurios” (1999), ou olongo caminho dos bonecos gráficos movidos poranimadores experientes até aos robôs virtuais(mundos virtuais):

Cérebros que governam as suas acções naexploração autónoma do mundo, olhos que vêem o seu mundo virtual.

Com os modelos de vida artificial passa-se damanipulação de “bonecos” (fantoches) para aanimação cinematográfica tipo NationalGeographic Society!

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Animação por computador

Uma personagem credível é aquela quefornece a ilusão de vida, e assim permite asuspensão da descrença da audiência”.(Joe Bates, 1994)

Personagens com maior autenticidade emMonsters Inc.: parecem de facto existir, como sepudéssemos alcançá-las e pegar-lhes!

Características individualizadas (15.000 pêlosque Gipsy tem à volta do pescoço), tiques epersonalidades humanizadas.

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Efeitos Especiais

Gladiador (2000) de Ridley Scott: cenas noColiseu de Roma e recriação do monumento.

Titanic (1998) de James Cameron. Ataque dos Clones (Star Wars 2: Attack of the

Clones, 2002): cena da arena com 30.000 personagens baseadas em partículas.

O Senhor dos Aneis (1, 2 e 3).

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Actores digitais(Seres complexos e credíveis)

J.R.R. Tolkien: a atenção especial aos detalhes. Na trilogia de filmes de Peter Jackson, O Senhor

dos Anéis, os figurantes atingem númerosespectaculares: 100.000. Donde, a saída artificial.

Fazer multidões realistas via indivíduos realistas:cada actor (agente) faz as suas próprias escolhas(segundo o seu ponto de vista) e possui umcérebro completo: corre tão rápido quanto pode,e morre o mais devagar possível. O agente comqualidades ganha a luta, e sai vencedor.

Alvos da indústria: Duplos e Efeitos Especiais.

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Stephen Regelous: Massive

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Filme O Senhor dos Anéis

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Desejo

Gerar multidões inteligentespara complementar a acçãoao vivo na história, graças apersonagens geradas porcomputador, os agentesagentes, etendo mentes próprias.

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Massive (Multiple Agent Simulation In Virtual Environments)

Inspirado nas Teorias de Karl Sims (1994). Concebido como vida artificial e sistema

multiagente, e não apenas como sistema deanimação de multidões.

Cada personagem com cérebro é única. As acções de cada agente são uma função da

percepção do seu ambiente, dos seusconhecimentos e das suas particularidades.

Não há decisão centralizada: cada agente podetomar 24 decisões por segundo.

Possibilidade de gerar milhares de agentes.

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Guerreiros

Cada agente tem uma representação do seuambiente externo (sons, luzes, impactos), sentidoscomo a visão, o ouvido, o tacto e o cheiro.

Emitem gritos e ruídos inacreditáveis para baixara moral dos seus adversários.

A percepção é indispensável para se orientaremnos campos de batalha e para acharem os seusinimigos.

Na movimentação dos agentes o choque é evitado(observação sobre como as pessoas não chocamnas ruas), assim como outros obstáculos.

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Massive: Guerreiro

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Massive: Guerreiro

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Batalha do Precipício de Helm

O Senhor dos Aneis 2, As Duas Torres De um lado, humanos, hobbits, magos e anões. Do outro lado, as forças do mal que desejam dominar

a Terra Média. Aproximadamente 50.000 personagens.

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Batalha do Precipício de Helm

Cada agente anda, corre, salta, combate, Encontra, identifica e envolve-se em combates

com o inimigo, Ganha e vive, ou perde e morre. O cérebro do agente tem 6.000 a 8.000 nós lógicos

(neurónios) e obedece a uma lógica vaga. Cada agente evolui segundo regras, formas do

comportamento, e características que lhe sãopróprias: traços de carácter e atributos pessoais,construídos em níveis.

Combinatória: milhares de guerreiros diferentes.

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Massive

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Indivíduos

Biologia: anões, boa vista, pele escura, etc. Personalidade: raça, dimensões, morfologia. Carácter: agressividade, medo, força. Acções (lista de 350): espada para cima, espada

para baixo, um passo em frente, um passo paratrás (1 seg. cada). Determinadas pelo cérebro(100 a 8.000 nós lógicos definem as regras decomportamento). Comunicação com o ambiente.

Regras para: perceber, interpretar, responder,decidir, agir, controlar a agressão, o estilo deluta, e o movimento através de um terrenodiverso.

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Comportamentos

Regras divididas em grupos que definem: Controle de agressão. Estilo de luta. Movimentação sobre o terreno, etc.

Como não foi possível prever o resultado final daanimação, foram feitos vários testes: Um humano e um orc ficavam frente a frente gritando

um para o outro sem lutar. Guerreiros abandonavam a luta, e afastavam-se em

direcção oposta até sairem de cena. Personagens com comportamentos azarados: apagados.

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Fazer multidões

Um elenco de milhares actores em filmagemdepende das suas acções individuais: se um agenaturalmente, podemos esperar que o mesmoacontecerá com o grupo.

Constroem-se vários actores originais, com umpoder de variação incorporado, o qual permiteobter depois milhares, todos únicos!

Cada um tem um cérebro diferente (até 8.000nós) capaz de ver, ouvir, tocar, cheirar: adaptaraos terrenos, procurar inimigos, lutar comespada, evitar obstáculos.

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O Senhor dos Anéis

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Comportamento de multidões

Mistura de caos e de acções com fins definidos:agentes com escolhas autónomas e imprevisíveis(cérebros digitais ), em vez da dinâmica baseada emsimples partículas (tecnologia anterior).

Mudanças de comportamento: os agentes reagemao terreno que pisam, andando de forma diferentequando sobem ou descem uma colina. Não háduplicação (cópia) das acções mecânicas.

Agentes individuais todos diferentes e com poder deagir próprio: combatem mesmo a sério!

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Gollum

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Humanos virtuais

O que faz um humano virtual “humano” não éapenas a sua aparência externa, mas o conjuntodos seus movimentos, reacções e decisões.

AvatarAvatar: representação gráfica de um humanovirtual completamente controlado por um actorvivo. A sua “inteligência” graças ao controle dealto nível.

Figuras Figuras ““humanashumanas”” podem ser criadas econtroladas por programas de computador.

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Actores virtuais e actores reais

Pessoas reais são facilmente informadas dasacções de um actor virtual.

Mas como sentir a presença de um actor virtual? Tacto artificial

Uso de dispositivos com retorno de força.

E como fazer o contrário? Actores virtuaisconscientes das acções humanas e do mundoreal? Visão virtual

Problema: registo entre os dois mundos.

Audição virtual Problema: restrição de tempo.

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O Senhor dos Aneis 3

O programa MASSIVE com evolução dosagentes.

O Regresso do Rei Batalha com mais de 100.000 guerreiros.

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Oficina Terzopoulos

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Shao: Pennsylvania/Petra

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4. GIA/FCUL

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Velocidade do pensamento: 1 seg

A palavra “ball” é dita a um paciente submetido auma cirugia do cérebro e ele responde. O fluxo desangue, a vermelho, aparece em várias regiões,pois aquela palavra activa a área dedicada aoprocessamento auditivo. O pensamento viaja atéao centro da linguagem para os verbos e eleresponde com a palavra “throw”.

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Agente

DefiniDefiniçãçãoo: algo que percebe o seu ambiente comsensores e que age sobre ele através deactuadores.

Que mecanismos (da cognição) possui?

Cognição actuadores

Ambiente

Agente sensores

?

Percepções

Acções

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Agente: mente e corpo

Mundo Externo

SensoresActuadores

Percepção Cognição Acção

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Estratégia LabMAg

Arquitecturas Cognitivas Deliberação

Raciocínio Planeamento Negociação

Tomada de Decisão Escolha Acção

Poder Emoção Comunicação

Arquitecturas Reactivas Emergência e Auto-organização

Ferramentas Oficinas

Pontos de Vista sobre Agentes:

- Funcional- Mental- Processual- Comportamental

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Ferramentas e Oficinas

Metodologia de desenvolvimento (engenharia deagentes): da ideia à agência (Nóbrega et al, 2001).

Via Clássica (agente feito à medida): EditoresUML, Tradutores/Geradores, Executores,Avaliadores (de especificações UML e decomportamentos) (Nóbrega, 2002).

Via Moderna (produção pronto-a-vestir deagências): Desconstrutores de Intenções,Projectistas, Buscadores de Agentes/Partes(biblio), Montadores, Integradores, Reparadores,Afinadores, Medidores (Moniz, 2003).

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5. Conclusões“A técnica não promete nada, é um recurso.

Só quem promete é a nossa inteligência que reflecte,no senso moral, quanto às instalações humanas.”

Paulo Mendes da Rocha, Outubro 2003.

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A longa marcha do desenho manual, “frame” a“frame”, para geração 3D de multidões, e depoispara indivíduos auto-controlados.

Personalidades e disposições. Ambientes urbanos e

arqueológicos para simular situações.