Mecanismos de Personalização e Comunicação em
Ambientes Multiusuário VRML utilizando Agentes de
Software
Samuel Oliveira de Azevedo1 , Cláudia Kiermes Tavares1 , Tatiana Aires Tavares2, Anne Magaly Canuto3 , Guido Lemos de Souza Filho2
1Laboratório Natalnet – Departamento de Informática e Matemática Aplicada - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
Campus Universitário - Lagoa Nova - 59072-970 - Natal - RN – Brasil
2 Laboratório Lavid – Departamento de Informática - Universidade Federal da Paraíba (UFPb)
Campus I - 58059-900, João Pessoa - PB - Brasil
3Departamento de Informática e Matemática Aplicada - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
Campus Universitário - Lagoa Nova - 59072-970 - Natal - RN - Brasil
{samuel, claudiaf}@natalnet.br, [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract. There is a substantial increasing of tri-dimensional applications
supporting multiple users. Recent researches are working on personalization and on using software agents to support navigation in such environments. This paper shows a way to use intelligent agents for supporting personalization, navigation and enabling conversational groups in such virtual environments.
Resumo. Hoje em dia, existe um surgimento emergente de aplicações
tridimensionais com suporte multiusuário. Trabalhos recentes vêm tratando da personalização, e de uso de agentes para auxiliar a exploração de tais ambientes. Neste contexto, apresentamos uma forma de uso de agentes não só para personalização e auxílio na navegação de ambientes virtuais, mas também como suporte para promover a interação entre os usuários através da criação de grupos de conversação, em um ambiente virtual tridimensional.
1. Introdução
As primeiras idéias de mundos virtuais (em 1992) caracterizavam-se por interfaces bidimensionais utilizando a linguagem HTML (Hipertext Markup Language). Somente em 1994 surgiu o conceito de ciberespaço, que permitia a interatividade e interconexão assíncrona de diversos participantes em tempo real. A tecnologia VRML (Virtual
Reality Modeling Language) viabilizou a descrição de objetos virtuais estáticos
tridimensionais, a imersão, rotação e translação do espaço e objetos. O VRML 2.0 acrescentou funcionalidades capazes de permitir a mudança dos eventos do ambiente e suporte multiusuário [1].
Atualmente muito se têm investido em ambientes tridimensionais multiusuário, ou simplesmente, ambientes virtuais compartilhados. Conceitualmente, a definição de ambientes virtuais foi introduzida por Ivan Sutherland [2] em 1965. Para Sutherland o interessante era a possibilidade de inserir pessoas em ambientes gerados por computador. Outro aspecto importante que tem tornado a interface desses sistemas mais atrativa para os usuários é o envolvimento de recursos multimídia, como imagens, áudio e vídeo integrados ao ambiente 3D. Nesse sentido, inúmeros mundos virtuais têm surgido na Internet hoje em dia, como os mais diversos propósitos: educação [3], treinamento [4], comunicação [5], e-commerce [6], religião[7].
Nesse contexto, um filão muito explorado são os ambientes culturais, como museus e espaços culturais. Grandes museus, como o Louvre em Paris [8] dispõe de um acervo digital na Internet. Porém, uma limitação da maioria dessas aplicações é não explorar o lado proativo da infra-estrutura tecnológica utilizada, restringindo apenas o lado informativo e interativo nos sentidos usuário-sistema e usuário-usuário. Um desafio seria dotar o sistema de proatividade explorando a interação também no sentido sistema-usuário.
Partindo dessa motivação surgiu o ICSpace (Internet Cultural Space) [9], um mundo virtual com o propósito de viabilizar uma vitrine digital cultural que conta com recursos de multimídia, de realidade virtual e de agentes de software. O ICSpace tem por objetivos fornecer a comunidade artística mais um forma de publicar seus trabalhos e fornecer aos usuários uma nova forma de visitar e interagir nesse ambiente. Durante a visitação ao ICSpace, cada usuário é acompanhado por um agente “guia” que fornece todo suporte de informações sobre o acervo, é capaz de sugerir visitas, obras e conversas e, ainda, habilitado a ajudar os usuários na escolha de seu avatar. Para implementar essas funcionalidades são utilizadas entidades de software autônomas, capazes de perceber, processar e executar ações, ou seja, um conjunto de agentes de software, chamado de sistema Multi-Agentes ou simplesmente SMA [10].
Neste artigo abordamos o desenvolvimento de mecanismos de personalização em ambientes multiusuário VRML utilizando agentes de software, inicialmente apresentando alguns trabalhos correlatos, e em seguida usando como caso de uso o ICSpace. Para tanto, apresentamos uma aplicação baseada na convergência de paradigmas: Hipertexto, Realidade Virtual, Multimídia, Agentes de Software e de tecnologias: HTML, VRML, Java, SMA, API EAI (External Authoring Interface).
2. Trabalhos Correlatos
Um exemplo de visita guiada é descrito em [6] através do uso de interfaces adaptáveis. Neste trabalho, é preciso executar três tarefas principais: aquisição de dados sobre o usuário e sobre o uso do sistema, representação desses dados, e produção do conteúdo adaptado a estes dados. O VRML 97 provê uma variedade de sensores que podem ser usados na fase de aquisição para monitorar o comportamento dos usuários no ambiente; e juntamente com programas Java utilizando a API EAI esse monitoramento pode se tornar mais poderoso, pois se torna possível mapear todo o caminho que um usuário traçou em uma visita ao ambiente. A representação dos usuários deve possibilitar que
inferências possam ser realizadas a partir dos dados de cada usuário, a fim de produzir um novo ambiente personalizado a cada usuário ou grupo.
Outro exemplo do uso de guias como agentes de software para orientar os usuários em sua navegação, é discutido em [4]. Nesse caso, podemos observar algumas vantagens do uso de agentes, tais como: maximização das interações com o sistema, mais atenção dos usuários, uma aparência mais amigável ao ambiente, motivação do aprendizado (no caso de aplicações de educação) e melhora a exploração de ambientes 3D. Um ponto importante da aparência mais amigável é justamente a utilização de indivíduos on-line interagindo com o usuário, mesmo quando não há outros usuários conectados no sistema.
Essa sensação de sociabilização está presente no ICSpace (que discutiremos com mais detalhes na próxima seção), mas não centrada na forma guia-usuário, mas principalmente na forma usuário-usuário, sendo os agentes responsáveis apenas por prover uma aproximação entre os diversos usuários para que estes interajam entre si. A navegação também é guiada, como orientação textual, de forma personalizada a cada usuário; levando em consideração o histórico de navegações anteriores do usuário, ou de usuários com perfis semelhantes de navegação.
3. Aplicação-Alvo: ICSpace
O ICSpace [9] tem por objetivo implementar espaço cultural virtual e democrático na Internet, e conta com uma grande variedade de manifestações artístico-culturais representáveis através de mídia digital. Basicamente o ICspace oferece os seguintes serviços: (1) Acervo com conteúdo digital de cunho cultural. Atualmente o ICspace conta com mais de 100 obras digitalizadas, dentre elas uma exposição de telas da artista potiguar Zaíra Caldas e vídeos que descrevem manifestações culturais da região Nordeste produzidos pela TVU-UFRN; (2) Espaço Aberto e Dinâmico. A aplicação oferece tratamento diferenciado para os autores das obras, dessa forma, os usuários da aplicação podem dispor do espaço virtual do ICSpace para divulgar seu trabalho. O ICSpace é também remodelado dinamicamente para acomodar o volume de informação exibido; (3) Mecanismos de Comunicação e Percepção. Através do ICSpace os usuários podem escolher uma forma de representação – avatares – que inclusive possuem características de multimídia, e podem se comunicar com outros usuários através de chat; (4) Ambiente Híbrido de Apresentação. A interface de usuário do ICSpace utiliza dois modelos básicos: o modelo Web e o modelo em realidade virtual. As salas de apresentação das obras, por exemplo, seguem o modelo em realidade virtual e foram implementadas utilizando-se VRML, já as informações sobre as obras utilizam o modelo Web e foram construídas em HTML.
4. Arquitetura Multi Agente para o ICSpace
Utilizamos uma abordagem orientada a camadas como metáfora para o projeto arquitetural externo dos agentes. Segundo o modelo apresentado, os agentes formadores do SMA estão dispostos nas seguintes camadas: camada reativa, camada intermediária e
camada de serviços. Na Figura 1 são apresentadas as camadas da arquitetura apresentada, bem como as categorias de agentes utilizadas.
Figura 1. Arquitetura organizada em camadas do sistema apresentado.
O agente pessoal monitora as ações do usuário utilizando-se dos sensores projetados no código VRML. Os mecanismos que utilizam os sensores capturam as ações do usuário, na forma de eventos, e transformam em dados relevantes para a base de conhecimento do sistema. Portanto, este agente deve possuir uma base de conhecimento sobre o ambiente para processar os eventos capturados.
O agente de banco de dados é responsável por estabelecer as conexões entre o agente pessoal e a base de conhecimento, ou seja, pelo armazenamento das informações coletadas. Além disso, ele é responsável por todas as operações que manipulam a base de dados, dessa maneira qualquer requisição proveniente dos agentes também será atendida por ele.
O agente de perfil de usuário é responsável por elaborar o perfil do usuário. Esta tarefa de traçar um perfil pode se tornar difícil, dependendo da forma que for implementada. Estamos utilizando dois tipos de informação: estática e dinâmica. A primeira é referente aos dados cadastrais, as informações dinâmicas se referem ao registro das ações do usuário no ambiente.
O agente de recomendação é responsável pela indicação ou sugestão de ações aos usuários. Por exemplo, um agente para recomendação das obras mais visitadas e melhor avaliadas do centro (SuperHits) ou um agente responsável pela sugestão de visitas guiadas baseado em audiência. Podem existir diferentes implementações para esse tipo de agente.
O agente de comunicação tem como objetivo a sugestão/acompanhamento de conversas entre os usuários. A idéia é implementar ferramentas computacionais para mediar a interação entre os usuários conectados, favorecendo o surgimento e
consolidação de uma comunidade eletrônica. Acreditamos que apenas oferecer ferramentas de groupware tradicionais (como chat) não são um artifício suficiente, pois apesar de fornecerem um meio de interação entre os usuários (a sala de bate-papo), não interagem diretamente com cada usuário, para incentivar a conversação entre os usuários da sala; em outras palavras, não fornecem meios para ajudar cada usuário a encontrar, dentre as pessoas da sala, quais seriam as mais “interessantes”, as que possuem mais afinidade para interagir. Apresentamos uma aplicação que visa mais do que interação, visa aproximação de pessoas, e para realizar isso utilizamos agentes. Os agentes de comunicação podem ser implementados de forma proativa, ou seja, utilizando funções de aproximação cujas entradas são a base de conhecimento e suas ontologias internas, por exemplo, dados de perfil ou relativos ao posicionamento numa sala. Quando o agente utiliza a saída do agente de perfil de usuário como uma das entradas para seu processamento ele é dito cooperativo.
O agente guia tem a mesma função que os guias do "mundo real". Sua principal função é guiar os visitantes pelo ambiente, dando informações úteis sobre o que o usuário precisar (obra visitada, conteúdo da sala...). Pode executar tours pré-definidos, ou personalizados, no nosso estudo de caso criamos um ambiente virtual correspondendo à um salão de exibições real (Galeria Conviv’art do NAC-UFRN), e estamos utilizando este agente como uma ponte entre o real e o virtual, encarnando num robô para dar informações aos visitantes do ambiente real.
O agente de personalização é capaz de fazer sugestões aos usuários, porém manifestam através de mecanismos que intervêm nas roupas e acessórios disponíveis para caracterização do avatar. A idéia é que o usuário possa escolher quais elementos devem compor a representação visual e de áudio do seu avatar.
5. Agente de Personalização de Avatares
Em um ambiente virtual multiusuário, os avatares têm funções cruciais [11], tais como: percepção, localização, identificação e conhecimento do foco do interesse dos usuários. O conceito de avatar multimídia [12] pretende atender a esses requisitos, sugerindo avatares formados por objetos 3D pré-definidos, podendo estar em conjunto com fotos pessoais dos usuários, áudio e/ou vídeos em tempo real como ilustrado na figura 2.
5.1. Recursos Multimídia
Os avatares podem ser tão simples quanto um ícone ou tão complexos quanto um modelo 3D. Além disso, há propostas que incorporam informações pessoais como o rosto (real) do usuário, que é transformado gerando vários tipos de expressões faciais através de processamento automático [13]. Dispomos de uma galeria de objetos 3D e imagens (disponíveis ou fotos cedidas pelo usuário). Por exemplo, o usuário pode escolher uma foto pessoal para compor a cabeça do seu avatar e incrementá-lo com acessórios e roupas da galeria.
A caracterização dos nossos avatares utiliza-se de recursos de voz (opcionalmente). Essa voz é gerada pelo usuário ou sintetizada a partir de texto, com base em um padrão de voz escolhido pelo usuário. Todo esse processo é feito pelo Vixnu e constitui o que denominamos voz virtual, pois a voz usada como base para a síntese não é a do usuário e sim sintetizada a partir de dicionários de sons disponíveis no sistema. Por exemplo, o usuário define se quer uma voz grave ou aguda, com velocidade lenta ou rápida etc.
Há sistemas que implementam um avatar foto-realístico através da captura do vídeo do usuário[14], definindo pontos característicos em um modelo genérico do avatar e usando tais pontos identificados na seqüência de vídeo (com updates constantes) para deformar e obter a imagem capturada no formato da cabeça do avatar. Dessa forma, são criados avatares de vídeo que não necessitam de grandes larguras de banda, como os de tempo real. Para integrar o vídeo na área delimitada para a cabeça, utilizamos uma região circular (formato do rosto) que reproduz toda a seqüência capturada por uma webcam em tempo real. O restante do corpo é escolhido da mesma forma que com os avatares que não utilizam vídeo, ou seja, na galeria apresentada.
5.2. Galeria de Avatares
A galeria de avatares (figura 3a) funciona como uma galeria de templates de formas tridimensionais que podem ser escolhidas como avatares pelos usuários. Esses templates ficam expostos numa sala 3D (figura 3b) e, ao clicar no avatar de sua preferência, o usuário tem a opção de customiza-lo através de uma ferramenta de personalização: o vestiário. Após caracterizar o avatar conforme desejado, o usuário seleciona a atualização do avatar, que consiste no armazenamento do código do mesmo em BD para futuros acessos e na volta para a galeria.
A ferramenta de personalização, ilustrada na figura 4, integra 2D com 3D através de uma página JSP e funciona como o vestiário do avatar.
A interface 2D é responsável pela apresentação das opções disponíveis referentes ao avatar escolhido, tais como: cabeça (foto/vídeo do usuário), voz, pele, roupas, acessórios e sentimentos. Para facilitar e acelerar a personalização do avatar, os Agentes de Personalização consultam o Agente de Perfil de Usuário e selecionam as roupas e os acessórios que serão disponibilizados segundo o estereótipo resultante da consulta. Se o estereótipo proposto não satisfizer o usuário, este pode ainda escolher a versão completa do vestiário, com todas as opções possíveis, sem a interferência dos Agentes de Personalização. A interface 3D exibe as mudanças ocasionadas no avatar. Ela funciona como um espelho, pois o usuário escolhe uma roupa, por exemplo, e logo em seguida vê como ela ficou no seu avatar.
Figura 4. Ferramenta de Personalização. 5.3. Detalhes da Implementação da Ferramenta
A Ferramenta de Personalização possui duas versões: uma sem e outra com a utilização dos Agentes de Personalização. A primeira é mais simplificada, pois todas as escolhas são feitas pelo próprio usuário. A outra versão é a que utiliza os agentes de personalização para a seleção dos itens exibidos na tela.
A implementação da galeria de avatares utiliza um mesmo evento atrelado ao click (EventOutSFBool da API EAI). Trata-se de um link para a personalização dos avatares. Quando o usuário clica num avatar, o browser carrega a página do vestiário, que executa o Agentes de Personalização e só então apresenta as roupas e os acessórios que serão exibidos na tela. A implementação das classes dos agentes utilizados na Ferramenta de Personalização é ilustrada na figura 5. O agente pessoal, ao ser criado, instancia os demais agentes, e para o caso da ferramenta de personalização, são necessários os agentes de personalização e o agente de BD. São implementados diversos agentes de personalização, um para cada estereótipo, que são coordenados pelo PPersonalizationAgent.
Para fornecer uma interface 2D dinâmica, utilizamos HTML em conjunto com JSP e JavaScript. O HTML foi utilizado para o desenvolvimento do design e o JSP possibilitou o dinamismo na forma de upload de fotos e vídeos dos usuários. A
utilização de JavaScript viabilizou a execução de eventos nos menus e o carregamento das imagens necessárias em tempo de execução de acordo com os parâmetros passados pelo JSP. A interface 3D é possível através da utilização de código VRML. O iframe alocado para a exibição atualizada do avatar pertence à interface 2D e quando uam opção de algum menu responsável por mudança visual é selecionada, uma página JSP é chamada dentro do iframe, passando como parâmetro todas as opções já selecionadas. Essa página é constituída de código VRML, tanto estático quanto dinâmico (código VRML como valor de variáveis JSP).
Figura 5. Resumo do diagrama de classes da Ferramenta de Personalização.
6. Agente de Comunicação
Seu núcleo é a função de aproximação, que examina uma série de variáveis dos usuários que estejam visitando o ambiente para verificar se eles possuem gostos semelhantes ou compatíveis. Caso o agente verifique que dois ou mais visitantes tem algum interesse em comum, ele manda para seus respectivos agentes pessoais a sugestão da conversa. Essas variáveis podem ser tais como a proximidade “física” no espaço virtual, obras que gostaram, pessoas com quem já interagiram, sugestões aceitas, etc; que ficam armazenadas na base de dados. Para executar tais funcionalidades em ambientes VRML é necessário definir uma gramática de eventos que englobe as ações significantes executadas pelo usuário durante a interação com o ambiente tridimensional. Nesse sentido, trabalhamos em duas fases: primeiramente definindo a coleta de dados, e depois analisando os resultados obtidos.
6.1. Coleta de Dados
A coleta dos dados é efetuada pelo agente pessoal através da captura dos eventos gerados pelo usuário no ambiente VRML. Dessa forma, os dados monitorados são eventos VRML capturados através da API EAI no Java. Dentre todos os eventos gerados pelo código VRML, distinguimos apenas alguns eventos para compor uma Gramática de Eventos, são eles:
EventOutSFBool – Evento gerado pelo sensor de proximidade (ProximitySensor) do VRML e capturado pelo applet (agente) quando o usuário entra (gera um valor “true”) e quando o usuário sai (gera um valor “false”) do sensor. Tal evento também é gerado quando o usuário clica na opção de avaliação positiva ou de avaliação negativa (gerando um valor “true”).
EventOutSFRotation – Evento gerado pelo usuário (avatar) e capturado pelo applet (agente) para saber a orientação do mesmo.
EventInSFFloat – Evento de entrada para o VRML oriundo do applet (agente) para informar ao VRML a transparência do menu de opções de avaliação positiva e negativa após o usuário ter passado um determinado tempo dentro do sensor de proximidade. Os valores passados pelo applet são 1 (visível) e 0 (invisível). EventInSFBool – Evento de entrada para o VRML oriundo do applet (agente) para permitir que o VRML habilite as opções de avaliação positiva e negativa para que o usuário possa clicá-las. Os valores passados são “true” (habilitado) e “false” (desabilitado).
Os dados do VRML, tais como duração da visita, número de visitas, conexões com outros usuários (conversas), número de conexões e efetividade das conexões, são coletados e analisados. Além desses dados de natureza dinâmica, ou seja, gerados através da interação do usuário com a aplicação, existem dados de natureza estática inseridos pelo próprio usuário através de questionários e check boxes durante o cadastro. Nesse caso, buscamos a identificação de interesses e preferências dos usuários no intuito de utilizar essas informações na composição de um perfil do usuário.
6.2. Análise dos Resultados
O Agente de Comunicação analisa os dados armazenados, através da sua função de aproximação, e identifica os usuários ativos que possuam interesses compatíveis; então ele propõe a aproximação desses usuários para uma comunicação em duplas ou grupos maiores. Os comportamentos do agente, políticas de aproximação ou formação de grupos são:
1. Aproximação por proximidade Pública: estiverem numa mesma sala. 2. Aproximação por proximidade Social: estiverem em áreas vizinhas. 3. Aproximação por proximidade Pessoal: estiverem numa mesma área. 4. Aproximação por área de interesse: essa política é uma extenção da
política de aproximação por proximidade pessoal, sua diferença é que a sugestão gerada pelo agente comunicador é para os usuários em uma mesma área que estiverem com o foco de atenção na mesma orientação. 5. Aproximação por grupo de perfis: cujo perfil ative o mesmo grupo de
6. Aproximação por perfil pessoal: os que ativarem o mesmo neurônio, pela rede citada.
7. Silencioso: este parâmetro é conhecido como o parâmetro silencioso da base de conhecimento interna do agente.
A figura 6 ilustra uma sala com 5 obras e seus respectivos sensores. De acordo com a política de aproximação por proximidade pessoal, seriam convidados para um chat os usuários 1,2 e 3 por estarem dentro do sensor da obra A. Apenas os usuários 1 e 2 da figura 5 receberiam uma sugestão para iniciar conversação, se utilizada como política para a função de aproximação, a aproximação por área de interesse; pois apenas 1 e 2 estariam olhando para a obra A, enquanto 3 estaria olhando para a obra B. Outra alternativa dá-se através do AgenteBD, onde efetua-se uma seleção dos usuários que estão compartilhando simultaneamente a mesma sala, que recebem uma sugestão de conversação entre si. Por fim, quando as sugestões não são aceitas, o agente passa um tempo silencioso, sem enviar nenhuma sugestão. O agente também fica silencioso, por um tempo menor, quando uma sugestão é aceita, para não atrapalhar a conversação; e por um tempo ainda menor, após cada sugestão, para dar tempo ao usuário iniciar algum bate-papo. obra C obra E obra A entrada da sala obra B obra D área de circulação A usuário 2 A usuário 1 B usuário 3
Figura 6. Sala-exemplo com obras e sensores sendo visitada por 3 usuários. 6.3. Detalhes de Implementação
A figura 7 apresenta a arquitetura de software do agente de comunicação. Basicamente temos dois componentes: <<decisionmodule>> e <<internalknowledgebase>> além de suas respectivas interfaces. O componente <<decisionmodule>> é responsável por escolher qual função de aproximação será acionada de acordo com o perfil do usuário. A interface <<XP_Interface>> é responsável pela comuniacção com o servidor Xpider. Esse último executa uma rede neural para formação dos grupos. A comunicação com o agente de BD é responsabilidade da interface <<DBA_interface>>. A interface <<PA_interface>> estabelece o vínculo entre o agente de comunicação e o agente pessoal, através do recebimento e envio de mensagens. A implementação desses componentes segue o modelo orientado a objetos utilizando Java applets e a API EAI para controle dos eventos VRML.
Figura 7. Arquitetura de Software do Agente de Comunicação.
7. Conclusões
Neste artigo, discutimos duas abordagens que utilizam agentes de software e ambientes tridimensionais (VRML) no intuito de inserir funcionalidades proativas nesses ambientes. Para tanto, apresentamos uma solução arquitetural e implementada que vem contribuir na pesquisa e desenvolvimento nessa categoria de aplicações de RV. Nosso trabalho explora a interação no sentido sistema-usuário buscando, no entanto, intensificar a interação usuário-usuário (no caso do agente de comunicação). Por outro lado, provemos uma solução que busca incorporar atividades corriqueiras do mundo real às funções do mundo virtual, ou seja, os usuários virtuais podem escolher a roupa ou demonstrar sentimentos através do seu avatar (agente de personalização). Por fim, buscamos com esse trabalho aplicar uma série de conceitos e tendências a uma aplicação real de RV num contexto artístico cultural. Embora esse trabalho ainda esteja em fase de testes, acreditamos que ele é inovador na mistura de soluções aplicadas e um ponto de partida incentivador para outros trabalhos correlatos.
8. Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer ao CNPq pelo apoio financeiro e concessão de bolsas de fomento tecnológico, apoio imprescindível para a realização deste trabalho dentro do contexto do Projeto ICSpace (http://icspace.natalnet.br).
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