Doutorado - Adaptação de Dificuldade em Jogos de Reabilitação Auxiliados por Robôs

Adaptação de Dificuldade em Jogos de Reabilitação Auxiliados por Robôs

Kleber de Oliveira Andrade

OrientadorProf. Dr. Glauco Augusto de Paula Caurin

São Carlos – Dezembro de 2016

Conteúdo Programático

Adaptação de Dificuldade em Jogos de Reabilitação Auxiliados por Robôs 2

• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Introdução

Expectativa de Vida

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Introdução

Causas de Morte

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Introdução

Serious games

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Introdução

Reabilitação Robótica

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Introdução

Objetivo / Hipótese

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É a proposição e implementação do ajuste de dificuldade online em jogos para reabilitação auxiliada por robôs, construindo um AE para satisfazer os quatro requisitos (SPRONCK; SPRINKHUIZEN-KUYPER; POSTMA, 2003): i) rapidez; ii) efetividade; iii) robustez; iv) eficácia, obtendo então a seguinte resposta para a seguinte afirmação:

É possível construir um Algoritmo Evolutivo capaz de adaptar a dificuldade online de jogos destinados à prática de reabilitação auxiliados por dispositivos

robóticos, satisfazendo requisitos de rapidez, eficácia, robustez e eficiência.

Introdução

Objetivos Específicos

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1. Proposição de um AE para reabilitação robótica;

2. Modelagem e programação de um jogo;3. Implementação de um jogador virtual;4. Análise dos operadores evolutivos;5. Configuração automática dos

parâmetros do AE;6. Realização de experimentos extensivos;

Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Conceitos Fundamentais

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Conceitos FundamentaisAcidente Vascular Encefálico

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Conceitos FundamentaisReabilitação Robótica

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Conceitos FundamentaisReabilitação Robótica

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Conceitos FundamentaisSerious Games

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Jogos

Serious Games

Serious Games para

Reabilitação

Conceitos FundamentaisSerious Games para Reabilitação

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Conceitos FundamentaisDiversão e Flow nos Jogos

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Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Balanceamento de Jogos

Balanceamento Estático

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• Número limitado de níveis de dificuldade• Jogadores não sabem definir o nível adequado• Configuração afeta apenas atributos dos NPCs

Balanceamento de Jogos

Balanceamento Dinâmico

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• Ajustes de Parâmetros• Scripts Dinâmicos• Aprendizagem por Reforço• Algoritmos Genéticos• Outros

• Redes Neurais• Fuzzy

Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Algoritmos Evolutivos

AE típico

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Algoritmos Evolutivos

Tipos de AEs

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Algoritmos EvolutivosRepresentação e População

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Algoritmos EvolutivosMétodos de Seleção

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• Roleta (RWS)• Torneio (TOS)• Ordenação (LRS)• Ordenação Exponencial (ERS)• Ordenação Geométrica (GRS)• Boltzmann (BOS)

Algoritmos EvolutivosMétodos de Reprodução

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• Média Simples (AX)• Média Geométrica (GAX)• Aritmético (ARC)• Flat (FC)• Blend (BLX-α) • Heurístico (HC)

Algoritmos EvolutivosMétodos de Mutação

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• Uniforme (UM)• Gaussiana (GM)• Creep (CM)

Algoritmos EvolutivosElitismo e Critérios de Parada

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• Elitismo• Manter indivíduos

• Parada• Número máximo de gerações• Tempo máximo de processamento• Número máximo de avaliações• Gerações seguidas sem melhorias• Convergência

Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Abordagem Proposta

Síntese da Abordagem

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Adaptação de Dificuldade em Jogos de Reabilitação Auxiliados por Robôs 33https://www.facebook.com/thecatcher4rehab

Abordagem Proposta

Espaço do Jogo

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Abordagem Proposta

Algoritmo do Jogo

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Abordagem PropostaModelagem do Jogador

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Abordagem PropostaModelagem do Jogador

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Abordagem PropostaAlgoritmo Evolutivo Proposto

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Abordagem PropostaRepresentação e População

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Abordagem Proposta

Função de Avaliação

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Abordagem PropostaSeleção e Operadores Genéticos

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Abordagem Proposta

Configuração Automática

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Abordagem PropostaRepresentação e População

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Abordagem Proposta

Função de Avaliação

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Abordagem PropostaSeleção e Operadores Genéticos

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Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Experimentos e Resultados

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Definição da plataforma

Testes dos Jogadores

Virtuais

Configuração

Automática

Testes com os novos

parâmetros

Experimentos e ResultadosArquitetura Robótica

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Experimentos e ResultadosJanela de Tempo

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• Espera 10% do tempo• Função linear de deslocamento

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Experimentos e ResultadosControle de Impedância

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Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais

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Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais

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Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais

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Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais

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Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais

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Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Experimentos e ResultadosConfiguração Automática

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Conteúdo Programático

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• Introdução• Conceitos Fundamentais• Balanceamento de Jogos• Algoritmos Evolutivos• Abordagem Proposta• Experimentos e Resultados• Conclusões

Conclusões

Conclusões

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i. Rapidez: o algoritmo é computacionalmente rápido

ii. Efetividade: o algoritmo deve apresentar um comportamento tão bom quanto o estático

iii. Robustez: o algoritmo deve ser robusto quanto a aleatoriedade

iv. Eficácia: o algoritmo deve ser eficiente quanto as oportunidades de aprendizagem

Conclusões

Contribuições

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Conclusões

Trabalhos Futuros

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i. Testes com um grupo saudável. Movimento reais x virtuais

ii. Testes clínicos com pacientes pós AVE.

Melhorar o perfil virtual

iii. Comparação com outros algoritmos.iv. Melhoria do jogo atual.v. Projetar jogos para diversos DoF.

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Kleber de Oliveira Andrade

OrientadorGlauco Augusto de Paula Caurin

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