Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/5220
Title: Ontology-based representation, transformation, maintainability and staging of multiuser and multi-domain choreographies in multiple virtual worlds
Authors: Silva, Emanuel Fernando Cunha
Advisor: Silva, Nuno Alexandre Pinto da
Morgado, Leonel Caseiro
Silva, Hugo Alexandre Paredes Guedes da
Keywords: Mundos virtuais
Ontologias
Coreografias
Mapeamentos
Issue Date: 9-Nov-2015
Abstract: No contexto de ensino e treino, a utilização de novas ferramentas tecnológicas para auxiliar a implementação das diversas estratégias de ensino/aprendizagem tem sido amplamente adotada. Os mundos virtuais têm sido vistos como um dos artefactos tecnológicos com maior potencial para uso nesta área, uma vez que proporcionam uma plataforma imersiva e colaborativa onde os seus utilizadores podem desenvolver as atividades educativas livremente ou seguindo coreografias com ações e regras bem definidas. Uma coreografia é a descrição de um conjunto de ações que podem ou devem ser executadas por um grupo de personagens, humanos ou virtuais, de acordo com regras específicas e objectivos a alcançar. Devido à elevada quantidade de mundos virtuais existentes, com diferentes características, funcionalidades, vocabulário e API disponíveis, a criação de uma coreografia é feita muito à medida dos mundos virtuais a que se destinam apresentando, assim, fortes dependências a essas plataformas, dificultando a sua aplicação a mundos virtuais distintos. Esta tese foca-se em fornecer um contributo no sentido de facilitar a criação, adaptação e encenação de uma coreografia em múltiplos mundos virtuais. A primeira contribuição desta tese, a partir da qual foram desenvolvidos os esforços de pesquisa, foi identificar e descrever os principais problemas de dependências das coreografias aos mundos virtuais, bem como as limitações encontradas no estado da arte. Para endereçar o problema em mãos, foram escolhidas ontologias como modelos de dados e o paradigma MDE (Model-Driven Engineering) como método de desenvolvimento das coreografias. A segunda contribuição foi a proposta de uma ontologia para representar de forma abstracta e genérica uma coreografia, independente de domínios de aplicação e de mundos virtuais. A terceira contribuição diz respeito à arquitetura de um sistema que permite representar, adaptar e encenar uma coreografia em, potencialmente, qualquer mundo virtual. Para capturar e representar uma coreografia multiutilizador e multi-domínio é adoptada uma abordagem baseada em ontologias com vários níveis de abstração. É também proposta uma abordagem orientada por modelos e um conjunto de processos que, usando mapeamentos entre as diversas ontologias permite a construção automática de uma coreografia específica para uma plataforma a partir de uma coreografia independente de plataformas, contribuindo assim, para a redução do tempo e esforço no desenvolvimento das coreografias. Para isso, o paradigma MDE foi adotado e adaptado, para que os modelos possam refletir duas dimensões de independência: independência em relação à plataforma (tal como no MDE) e independência em relação ao domínio de aplicação. É também apresentada a arquitetura de um componente para gerir a encenação de uma coreografia no mundo virtual explorando as vantagens proporcionadas pelas características intrínsecas às ontologias, tais como, verificação da consistência da base de conhecimento, de regras e classificação automática de instâncias. As ideias e processos propostos no contexto desta tese foram implementados e testados usando vários cenários de diferentes domínios de aplicação e encenados em múltiplos mundos virtuais.
In the context of education and training, the use of new technological tools to assist the implementation of various teaching/learning strategies has been widely adopted. Virtual worlds have been seen as one of the technological artifacts with greatest potential for use in this area, since they provide an immersive and collaborative platform where users can freely develop educational activities, or follow choreographies with well-defined actions and rules. A choreography is a description of a set of actions that may or must be performed by a group of characters, either human or virtual, according to specific rules and goals to be achieved. Due to the large amount of existing virtual worlds with different features, functionalities, vocabulary and available APIs, a choreography is tailored to the target virtual worlds, thus having strong dependencies to these platforms, hindering its application to different virtual worlds platforms. This thesis focuses on providing a contribution to facilitate the creation, adaptation and staging of a choreography in multiple virtual worlds. The first contribution of this thesis, from which the research efforts were made, was to identify and describe the main dependency problems of the choreography to virtual worlds, as well as the limitations found in the state of the art. To address the problem in hands, ontologies were chosen to represent data models, and the MDE (Model-Driven Engineering) paradigm was adopted as the choreography development method. The second contribution was the proposal of an ontology to represent a choreography in an abstract and generic fashion, independent of any application domain and virtual world. The third contribution concerns a system architecture that allows representation, adaptation and staging of a choreography in potentially any virtual world. To capture and represent a multiuser and multi-domain choreography, an approach based on ontologies with multiple levels of abstraction is adopted. It is also proposed a modelling-driven approach and a set of processes that, through mappings between ontologies, enable the automatic construction of a platform-specific choreography from a platform independent one, thus reducing the time and effort of the choreography development. In order to do this, the MDE paradigm was adopted and adapted in a way where models can reflect two dimensions of independence: platform independence (as in MDE) and application domain independence. The architecture of a component that manages the staging of a choreography within the virtual world is also presented, exploring the advantages provided by the intrinsic characteristics of ontologies, such as consistency checking, checking rules and dynamic classification of instances. The proposed ideas and processes in the context of this thesis have been implemented and tested using various scenarios of different application areas and staged in multiple virtual worlds.
Description: Tese de Doutoramento em Informática
URI: http://hdl.handle.net/10348/5220
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:TD - Teses de Doutoramento

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