Föremålet som interaktör 1

Transkript

1 Föremålet som interaktör 1 Thomas Pederson doktorand vid inst. för datavetenskap rum B421 i MIT-huset forskningsområde: Augmented Reality e-post: top@cs.umu.se Föremålet som interaktör 1 Thomas Pederson doktorand vid inst. för datavetenskap rum B421 i MIT-huset forskningsområde: Augmented Reality e-post: top@cs.umu.se 1

2 Överblick Intelligenta agenter (ting) Var finns de? Interaktions-cykel Sensorer och effektorer Design av tings utsida Adaptabilitet Tings hårdvara 2 Överblick Intelligenta agenter (ting) Var finns de? (fysiskt, virtuellt, biologiskt, elektroniskt) Interaktions-cykel (sensorer -> handlingsregler -> effektorer) Sensorer och effektorer (detaljer, mest för fysiska int. agenter) Design av tings utsida (se till att utsidan speglar insidan) Adaptabilitet (från rigida system till väldigt omgivningskänsliga) Tings hårdvara (processor, minne, olika hårdvarumodeller, designprocess) 2

3 Intelligenta agenter (ting) Biologiska Människor, djur Artificiella (konstgjorda) Fysiska Ex: Robothunden Sony HAIBO Virtuella Ex: Sökmotor som vet vad man är intresserad av 3 Intelligenta agenter (ting) Biologiska Människor, djur Artificiella (konstgjorda) Fysiska Virtuella Ex: Robothunden Sony HAIBO Ex: Sökmotor som vet vad man är intresserad av 3

4 Intelligenta agenter - egenskaper Rationellt beteende Mest lämpade handlingen baseras på resonemang och erfarenhet Autonom (självständig) "klarar sig själv" - förstår sin omgivning bra utan hjälp från andra agenter samt har god förmåga att anpassa sig till förändringar i omgivningen 4 Intelligenta agenter - egenskaper Rationellt beteende Mest lämpade handlingen baseras på resonemang och erfarenhet Autonom (självständig) "klarar sig själv" - förstår sin omgivning bra utan hjälp från andra agenter samt har god förmåga att anpassa sig till förändringar i omgivningen 4

5 Intelligenta agenter - interaktion Rationellt beteende baseras på Sensorer som genererar iakttagelser (percepts) Mer eller mindre avancerade handlingsregler som matchar iakttagelserna (intelligens) Effektorer som påverkar omgivningen genom att utföra handlingarna Sensorer och effektorer ser olika ut beroende på om agenten agerar i en fysisk eller virtuell miljö. Handlingsreglerna är dock desamma. 5 Intelligenta agenter - interaktion Rationellt beteende baseras på Sensorer som genererar iakttagelser (percepts) Mer eller mindre avancerade handlingsreglersom matchar iakttagelserna (intelligens) Effektorer som påverkar omgivningen genom att utföra handlingarna Sensorer och effektorer ser olika ut beroende på om agenten agerar i en fysisk eller virtuell miljö. Handlingsreglerna är dock desamma. 5

6 Intelligenta agenters intelligens Lite intelligens: iakttagelse -> handling Mer intelligens: iakttagelse -> val av (förmodligen) bästa handling -> handling Mycket intelligens: samspel mellan Plan Urval av möjliga handlingar bland alla Val av bästa handling bland de utvalda Utvärdering av handlingen efter genomförandet liten operationsdomän stor 6 Intelligenta agenters intelligens Lite intelligens: iakttagelse -> handling (tveksamt om detta verkligen är intelligens) Mer intelligens: iakttagelse -> val av (förmodligen) bästa handling -> handling Mycket intelligens: samspel mellan Plan Urval av möjliga handlingar bland alla Val av bästa handling bland de utvalda Utvärdering av handlingen efter genomförandet 6

7 Stimuli, sensorer och effektorer [1] för fysiska intelligenta agenter Informationsteknik och design HT2002, föremålet som interaktör 1 Fysiskt stimuli -> analog signal -> digital signal -> T -> digital signal -> analog signal -> fysiskt händelse 7 Stimuli, sensorer och effektorer [1] för fysiska (elektroniska) intelligenta agenter Fysiskt stimuli -> analog signal -> digital signal -> T -> digital signal -> analog signal -> fysiskt händelse 7

8 Stimuli, sensorer och effektorer [2] för fysiska intelligenta agenter Informationsteknik och design HT2002, föremålet som interaktör 1 Exempel på sensorer och effektorer Stimuli / händelse Ljud Synligt ljus Infrarött ljus Beröring Avstånd Kraft Temperatur Sensor Mikrofon CCD eller CMOS sensor CCD eller CMOS sensor Strömbrytare Laserdetektor Tryckmätare Termometer Effektor Högtalare Foto-diod Infraröd diod Elektronikstyrd mekanik Laserlampa Fjäder, snöre Värme/kylanordning 8 Stimuli, sensorer och effektorer [2] för fysiska intelligenta agenter Exempel på sensorer och effektorer 8

9 Stimuli, sensorer och effektorer [3] för fysiska intelligenta agenter Informationsteknik och design HT2002, föremålet som interaktör 1 Exempel på faktorer som påverkar valet av sensortyp: Signalområde Reaktionshastighet Upplösning Störningstålighet Vana i att använda sensortypen 9 Stimuli, sensorer och effektorer [3] för fysiska intelligenta agenter Exempel på faktorer som påverkar valet av sensortyp: Signalområde Reaktionshastighet Upplösning Störningstålighet Vana i att använda sensortypen 9

10 Stimuli, sensorer och effektorer [4] för fysiska intelligenta agenter Informationsteknik och design HT2002, föremålet som interaktör 1 Relationen mellan input och output för sensorer är sällan linjär Överföringsfunktion Reaktionshastigheten i sensormaterialet är aldrig oändlig Testsignaler kan visa sensorns begränsningar Begränsningar också i A/D-omvandlaren Samplingsfrekvens och upplösning 10 Stimuli, sensorer och effektorer [4] för fysiska intelligenta agenter Relationen mellan input och output för sensorer är sällan linjär Överföringsfunktion Reaktionshastigheten i sensormaterialet är aldrig oändlig Testsignaler kan visa sensorns begränsningar Begränsningar också i A/D-omvandlaren Samplingsfrekvens och upplösning 10

11 Stimuli, sensorer och effektorer [5] för fysiska intelligenta agenter Informationsteknik och design HT2002, föremålet som interaktör 1 Läs om... Mikrofon <-> högtalare Kamera <-> bildskärm... I boken 11 Stimuli, sensorer och effektorer [5] för fysiska intelligenta agenter Läs om... Mikrofon <-> högtalare Kamera <-> bildskärm... I boken 11

12 Design av tings utsida Gränsytan ska spegla tingets interna tillstånd Designproblem 1: Innandömet är alltid mer komplext än vad som kan och bör återspeglas Gränsytan talar om för omgivningen vad man kan göra med tinget (affordances) och vad man inte kan göra (constraints) (Donald Norman) Designproblem 2: få tinget att otvetydigt visa rätt affordances och constraints 12 Design av tings utsida Gränsytan ska spegla tingets interna tillstånd på ett för omgivningen relevant och korrekt sätt. Designproblem 1: Innandömet är alltid mer komplext än vad som kan och bör återspeglas Gränsytan talar om för omgivningen vad man kan göra med tinget (affordances) och vad man inte kan göra (constraints) (Donald Norman) Designproblem 2: få tinget att otvetydigt visa rätt affordances och constraints 12

13 Adaptivitetsmodell (David Benyon) 13 Adaptivitetsmodell (David Benyon) User model Psychological model Other model Domain model Interaction model Dialogue record Evaluation mechanisms Adaption mechanisms Inference mechanisms 13

14 Olika grader av adaptivitet (David Benyon) 1. Stimulus-respons (S-R) 2. Som 1 + interaktionshistoria + handlingsevaluering -> nya handlingar genom adaption 3. Som 2 + användarmodell + domänmodell -> interaktionsmodell med prediktion av hur handlingar skulle påverka interaktionen 4. Som 3 + men adaptiv interaktionsmodell 14 Olika grader av adaptivitet (David Benyon) 1. Stimulus-respons (S-R) 2. S-R + interaktionshistoria + handlings-evaluering -> nya handlingar genom adaption 3. S-R + interaktionshistoria + handlingsevaluering + användarmodell + domänmodell -> interaktionsmodell med prediktion av hur handlingar skulle påverka interaktionen 4. Som 3 men adaptiv interaktionsmodell 14

15 Hårdvara - beräkningskapacitet Människor Intelligenta, bra på problemlösning i stora domänrum Lång reaktionstid. Datorer Dumma, men bra på repetitiva uppgifter i små domänrum Moore's lag: MIPS fördubblas var 18:e månad Kort reaktionstid 15 Hårdvara beräkningskapacitet Människor Datorer Intelligenta, bra på problemlösning i stora domänrum Lång reaktionstid. Dumma, men bra på repetitiva uppgifter i små domänrum Moore's lag: MIPS fördubblas var 18:e månad Kort reaktionstid 15

16 Hårdvara - minne Av ekonomiska skäl används olika typer av minne, baserat på principerna om tid- och rumlokalitet 16 Hårdvara minne Av ekonomiska skäl används olika typer av minne, baserat på principerna om tid- och rum-lokalitet 16

17 Hårdvara - energi Mobila ting ställer ytterligare krav på strömkällan förutom spänning och ström: Vikt Storlek Livslängd Laddningsbarhet Utbyteskostnad Miljötänkande 17 Hårdvara energi Mobila ting ställer ytterligare krav på strömkällan förutom spänning och ström: Vikt Storlek Livslängd Laddningsbarhet Utbyteskostnad Miljötänkande 17

18 Hårdvara - Von Neumann-arkitektur Von Neumann-arkitektur: Processor (CPU) RAM-minne (direktåtkomst) Buss mellan ovanstående 18 Hårdvara - Von Neumann-arkitektur Von Neumann-arkitektur: Processor (CPU) RAM-minne (direktåtkomst) Buss mellan ovanstående 18

19 Hårdvara - processor [1] Utför enkla operationer på data, ex: Kopiera ett tal från RAM-minnet till processorns interna register eller tvärtom Addera två tal, ex: ADD ra,rb,rc Består av ALU (utför matematiska operationer) Register (lokalt litet RAM-minne) Buss mellan ovanstående 19 Hårdvara - processor [1] Utför enkla operationer på data, ex: Består av Kopiera ett tal från RAM-minnet till processorns interna register eller tvärtom Addera två tal, ex: ADD ra,rb,rc ALU (utför matematiska operationer) Register (lokalt litet RAM- minne) Buss mellan ovanstående 19

20 Hårdvara - processor [2] ALUn är uppbyggd av de enkla logiska operationerna AND, OR och NOT som ofta implementeras med NAND-grindar Läs om CMOS-grindarnas fysiska uppbyggnad i boken! 20 Hårdvara - processor [2] ALUn är uppbyggd av de enkla logiska operationerna AND, OR och NOT som ofta implementeras med NAND- grindar Läs om CMOS-grindarnas fysiska uppbyggnad i boken! 20

21 Hårdvara - modellering Extern vy: en samling "portar" som utgör ett gränssnitt (interface) gentemot hårdvaran Intern vy: Beteendebaserad: beskriver vad systemet gör Strukturbaserad: beskriver hur systemet gör det 21 Hårdvara modellering Extern vy: en samling "portar" som utgör ett gränssnitt (interface) gentemot hårdvaran Intern vy: Beteendebaserad: beskriver vad systemet gör Strukturbaserad: beskriver hur systemet gör det 21

22 Hårdvara - design Hårdvarudesign utförs oftast i en (virtuell) CADmiljö med hjälp av programspråk som VHDL Stödjer både beteende- och struktur-perspektiv Automatiska "översättare" transformerar VHDLkoden till hårdvara. Denna fas kallas för syntes. 22 Hårdvara design Hårdvarudesign utförs oftast i en (virtuell) CADmiljö med hjälp av programspråk som VHDL Stödjer både beteende- och strukturperspektiv Automatiska "översättare" transformerar VHDLkoden till hårdvara. Denna fas kallas för syntes. 22

23 Hårdvara - konfigurerbarhet Traditionellt utförs syntesen en gång. Vill man förändra beteendet hos hårdvaran måste man slänga det gamla chipet och skapa ett nytt. FPGA-chip (Field Programmable Gate Array) däremot, kan omprogrammeras nästan oändligt antal gånger Ger snabbare system jämfört med rent mjukvarubaserade lösningar 23 Hårdvara konfigurerbarhet Traditionellt utförs syntesen en gång. Vill man förändra beteendet hos hårdvaran måste man slänga det gamla chipet och skapa ett nytt. FPGA-chip (Field Programmable Gate Array) däremot, kan omprogrammeras nästan oändligt antal gånger Ger snabbare system jämfört med rent mjukvarubaserade lösningar 23

24 Hårdvara - DNA-alternativet Beräkningar kan utföras med hjälp av DNAkodat data samt operationerna Slå samman Dela Kopiera Kanske är detta byggstenarna för framtidens datorer? 24 Hårdvara - DNA-alternativet Beräkningar kan utföras med hjälp av DNA-kodat data samt operationerna Slå samman Dela Kopiera Kanske är detta byggstenarna för framtidens datorer? 24

25 Ting i sin helhet 25 Ting i sin helhet 25

26 Sammanfattning Intelligenta agenter (ting) Var finns de? Interaktions-cykel Sensorer och effektorer Design av tings utsida Adaptabilitet Tings hårdvara 26 Överblick Intelligenta agenter (ting) Var finns de? (fysiskt, virtuellt, biologiskt, elektroniskt) Interaktions-cykel (sensorer -> handlingsregler -> effektorer) Sensorer och effektorer (detaljer, mest för fysiska int. agenter) Design av tings utsida (se till att utsidan speglar insidan) Adaptabilitet (från rigida system till väldigt omgivningskänsliga) Tings hårdvara (processor, minne, olika hårdvarumodeller, designprocess) 26

27 Nästa gång (på torsdag): Föremålet som interaktör 2 Artificiell Intelligens Fysisk-virtuella miljöer (min forskning) 27 Överblick Intelligenta agenter (ting) Var finns de? (fysiskt, virtuellt, biologiskt, elektroniskt) Interaktions-cykel (sensorer -> handlingsregler -> effektorer) Sensorer och effektorer (detaljer, mest för fysiska int. agenter) Design av tings utsida (se till att utsidan speglar insidan) Adaptabilitet (från rigida system till väldigt omgivningskänsliga) Tings hårdvara (processor, minne, olika hårdvarumodeller, designprocess) 27