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




Introdução

Expectativa de Vida


Introdução

Causas de Morte


Introdução

Serious games


Introdução

Reabilitação Robótica


Introdução

Objetivo / Hipótese


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


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;




Conceitos Fundamentais


Conceitos FundamentaisAcidente Vascular Encefálico


Conceitos FundamentaisReabilitação Robótica


Conceitos FundamentaisReabilitação Robótica


Conceitos FundamentaisSerious Games


Jogos

Serious Games

Serious Games para

Reabilitação

Conceitos FundamentaisSerious Games para Reabilitação


Conceitos FundamentaisDiversão e Flow nos Jogos





Balanceamento de Jogos

Balanceamento Estático


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

Balanceamento de Jogos

Balanceamento Dinâmico


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

• Redes Neurais• Fuzzy




Algoritmos Evolutivos

AE típico


Algoritmos Evolutivos

Tipos de AEs


Algoritmos EvolutivosRepresentação e População


Algoritmos EvolutivosMétodos de Seleção


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

Algoritmos EvolutivosMétodos de Reprodução


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

Algoritmos EvolutivosMétodos de Mutação


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

Algoritmos EvolutivosElitismo e Critérios de Parada


• Elitismo• Manter indivíduos

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




Abordagem Proposta

Síntese da Abordagem




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

https://www.facebook.com/thecatcher4rehab

Abordagem Proposta

Espaço do Jogo


Abordagem Proposta

Algoritmo do Jogo


Abordagem PropostaModelagem do Jogador


Abordagem PropostaModelagem do Jogador


Abordagem PropostaAlgoritmo Evolutivo Proposto


Abordagem PropostaRepresentação e População


Abordagem Proposta

Função de Avaliação


Abordagem PropostaSeleção e Operadores Genéticos


Abordagem Proposta

Configuração Automática


Abordagem PropostaRepresentação e População


Abordagem Proposta

Função de Avaliação


Abordagem PropostaSeleção e Operadores Genéticos





Experimentos e Resultados


Definição da plataforma

Testes dos Jogadores

Virtuais

Configuração

Automática

Testes com os novos

parâmetros

Experimentos e ResultadosArquitetura Robótica


Experimentos e ResultadosJanela de Tempo


• Espera 10% do tempo• Função linear de deslocamento

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Bls

https://youtu.be/1FbR9atDBls

Experimentos e ResultadosControle de Impedância


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tDqp

C54a

Hao

https://youtu.be/tDqpC54aHao

Experimentos e ResultadosAE1 - Parâmetros Manuais


kd =

ks =

ke

= ka

= 1



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= ka

= 1



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ks =

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= ka

= 1



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= ka

= 1



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= ka

= 1



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ke

= ka

= 1

Experimentos e ResultadosConfiguração Automática


kd =

0.3

483;

ks =

0.4

679;

ke

= 0.

6692

; ka

= 0.

5319



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= 0.

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; ka

= 0.

5319




Conclusões

Conclusões


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


Conclusões

Trabalhos Futuros


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.

Adaptação de Dificuldade em Jogos de Reabilitação Auxiliados por Robôs

Kleber de Oliveira Andrade

OrientadorGlauco Augusto de Paula Caurin

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