Criatividade Criatividade Computacional (CC) …home.iscte-iul.pt/~jmal/mcc/CC-DCTI-MSc-2011-2012-2-4p.pdf2012/02/04 · Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI,

Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 1

Criatividade Computacional

coordenação:

Joaquim Reis

[email protected]

MCC/DCC, METI, MEI, MIGE

Departamento de Ciências e Tecnologias da Informação

ISCTE


Criatividade Computacional (CC)a disciplina

� Contexto: grupo de Inteligência Artificial (IA), 2º ciclo, 2º Semestre

� Requisitos: disciplinas do grupo de IA do 1º ciclo (IA e TSI)

� Objectivos: dar a conhecer a teoria, os modelos, os trabalhos actuais e as motivações e os aspectos mais importantes da CC como sub-área da IA

� sistema de e-learning do ISCTE-IUL: https://e-learning.iscte-iul.pt/


Criatividade Computacionala disciplina - plano de aulas

dia / hora professor

11-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (T) Joaquim Reis (doc./inv., ISCTE-IUL)

18-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) Amílcar Cardoso (doc./inv., U.Coimbra)

25-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) Penousal Machado (doc./inv., U.Coimbra)

03-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) Pedro Faria Lopes (doc./inv., ISCTE-IUL)

10-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) Alexandra Paio (doc./inv., ISCTE-IUL)

17-Mar-2012 (Sáb) 09:00-11:00 (S) Carlos Fernandes (inv., U.Granada)

23-Mar-2012 (Sex) 14:00-18:00 (Tut) Joaquim Reis

31-Mar-2012 (Sáb) 09:00-11:00 (S) Leonel Moura (art., Lisboa)

31-Mar-2012 (Sáb) 11:00-13:00 (T) Joaquim Reis

20-Abr-2012 (Sex) 14:00-18:00 (Tut) Joaquim Reis

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Criatividade Computacionala disciplina - conteúdos

� aulas de 11-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (T) - prof. Joaquim Reis:

� Criatividade Computacional, a disciplina� Inteligência e criatividade, qual a relação?� Criatividade e ideias criativas. Definições e abordagens históricas à

criatividade.� Inteligência Artificial e criatividade. Criatividade e computação.� Tipos de criatividade. Dimensão combinação/transformação.

Dimensao individual/social.� Exemplos:

� GEOWIN - geração de padrões visuais baseado em regras (Using Rules for Creativity in Visual Composition, SIGDOC-2008).

� GSG – Generic Shape Grammars, shell / sistema com interpretador de gramáticas de forma.



� aulas de 11-Fev-2010 (prof. Joaquim Reis) - bibliografia:

� Artificial Intelligence (Handbook Of Perception And Cognition), Margaret A. Boden (Editor), Academic Press, 1996.

� The Creative Mind: Myths and Mechanisms, Margaret Boden, Routledge, 2003.� Explorations in Art and Technology, Linda Candy, Ernest Edmonds, Springer, 2002.� Artificial Intelligence and Creativity: An Interdisciplinary Approach (Studies in Cognitive

Systems), Terry Dartnall (Editor), Springer, 1994.� Creativity, Cognition, and Knowledge: An Interaction (Perspectives on Cognitive Science),

Terry Dartnall (Editor), Praeger Publishers, 2002.� Creative Imagery: Discoveries and inventions in Visualization, Ronald A. Finke, Lawrence

Erlbaum, 1990.� Creative Cognition: Theory, Research, and Applications, Ronald A. Finke, Thomas B. Ward,

Steven M. Smith, The MIT Press, 1996.� Modeling Creativity and Knowledge-Based Creative Design, John S. Gero, Mary Lou Maher

(Editors), Lawrence Erlbaum, 1993.� Transformations in Design: A Formal Approach to Stylistic Change, Terry Weissman Knight,

Cambridge University Press, 1994.� The Logic of Architecture, Design, Computation, and Cognition, William J. Mitchell, The MIT

Press, 1990.� Computers and Creativity, D. Partridge, Jon Rowe, Intellect Books, 1995.� The Art of Artificial Evolution: A Handbook on Evolutionary Art and Music, Juan Romero,

Penousal Machado (Editors), Springer, 2007.� Handbook of Creativity, Robert J. Sternberg (Editor), Cambridge University Press, 1998.



� aulas de 18-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) - prof. Amílcar Cardoso:

� Criatividade� Criatividade e modelos psicológicos de criatividade� Caracterização da criatividade� Abordagens computacionais à criatividade –

evolucionárias, generativas, baseadas em casos, baseadas em agentes e outras.



� aulas de 18-Fev-2012 (prof. Amílcar Cardoso) - bibliografia:

� The Creative Mind, Margaret Boden, Weidenfeld/Abacus & Basic Books, 1990; 2nd edn. Routldge, 2004

� The Art of Artificial Evolution: A Handbook on Evolutionary Art and Music, Juan Romero and Penousal Machado (eds.), 2007, Springer

� Creative Evolutionary Systems, Peter J Bentley and David W Corne (eds.), 2001, Morgan Kaufmann

� Evolutionary Design by Computers, Peter J Bentley (ed.), 2001, Morgan Kaufmann� Evolutionary Art and Computers, W Latham, S Todd, 1992, Academic Press� Metacreations: Art and Artificial Life, M Whitelaw, 2004, MIT Press� Creativity, M. Csikszentmihalyi, Harpercollins, 1996.� A Preliminary Framework for Description, Analysis and Comparison of Creative Systems,

Wiggins, G. A., Journal of Knowledge Based Systems 19(7): 449–458, 2006.� Some Empirical Criteria for Attributing Creativity to a Computer Program, - Ritchie, G., Minds

and Machines 17(1): 67–99, 2007.� Creativity and AI: A Conceptual Blending Approach, Pereira, F.C., Mouton de Gruyter,

December 2007.� Special issue on Computational Creativity, Cardoso, A., and Bento, C., Journal of Knowledge-

Based Systems 19(7), 2006.� Special Issue on Computational Creativity, Veale, A.; Gervás, P.; and Pease, A. New

Generation Computing 24(3), 2006.



� aulas de 25-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) - prof. Penousal Machado:

� Arte

� Representações 2d, 3d, animação - simbólicas, não-simbólicas, implícitas

� Geração 2d, 3d, animação - abordagens generativas, evolucionárias, conexionistas, baseadas em conhecimento

� Avaliação e análise. Algumas notas sobre percepção. Princípios estéticos. Satisfação de restrições. Modelação do utilizador

� Content Based Image Retrieval (identificação de autor, identificação estilística)



� aulas de 25-Fev-2012 (prof. Penousal Machado) - bibliografia:

� The Creative Mind, Margaret Boden, Weidenfeld/Abacus & Basic Books, 1990; 2nd edn. Routldge, 2004

� The Art of Artificial Evolution: A Handbook on Evolutionary Art and Music, Juan Romero and Penousal Machado (eds.), 2007, Springer

� Creative Evolutionary Systems, Peter J Bentley and David W Corne (eds.), 2001, Morgan Kaufmann

� Evolutionary Design by Computers, Peter J Bentley (ed.), 2001, Morgan Kaufmann

� Evolutionary Art and Computers, W Latham, S Todd, 1992, Academic Press

� Metacreations: Art and Artificial Life, M Whitelaw, 2004, MIT Press



� aulas de 03-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) - prof. Pedro Faria Lopes:

Como nascem as ideias?

� Como nascem as ideias? Como se desenvolvem? Como se implementam?

� O que têm de comum Randy Pausch, Rainer Maria Rilke, Albert Einstein, Serguei Einsenstein, Lady Gaga, Alexander Alexeieff, Richard Feynman, Maria Ferrand, Amélia Muge?

� Através de exposição e discussão de casos reais procuraremos encontrar ilações sobre ideias, forma, inspiração, criatividade



� aulas de 10-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) – profª. Alexandra Paio:

Gramáticas de Forma

� Elementos de uma gramática de forma.

� Operações e transformações geométricas. Computação com formas. Emergência.

� Análise e síntese. Linguagens de design e estilos.

� Gramáticas de Forma e suas aplicações. Exemplos de uso e aplicação das gramáticas de forma, na arquitectura, no design, na pintura e noutros domínios



� aulas de 17-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) – inv. Carlos Fernandes:

Da Photographia à Pherographia — Arte, Tecnologia e Ciências da Complexidade

� Aborda-se a emergência daquilo que é hoje conhecido como arte artificial, uma ideia que nasce com o aparecimento e desenvolvimento das ciências da complexidade e da robótica, e de ramos anexos do conhecimento científico, tal como os fractais, autómatos celulares, computação evolutiva, auto-organização e vida artificial.

� É apresentado o conceito de Pherographia, um sistema artificial baseado na comunicação e auto-organização em colónias de formigas, cujas aplicações se podem estender a diversos problemas de engenharia, mas que será discutido principalmente num âmbito criativo, de interacção entre arte e ciência, e analisado paralelamente com a Fotografia, uma ferramenta que foi fulcral nas relações entre arte, ciência e tecnologia.



� aulas de 17-Mar-2012 (inv. Carlos Fernandes) - bibliografia:

Genetic Algorithms� Goldberg, D.E. (1989). Genetic Algorithms in search, optimization and machine learning. Addison Wesley,

Reading, MA.Swarm Intelligence� Kennedy, J., and Eberhart., R.C. (2001). Swarm Intelligence. Morgan Kaufmann, San Francisco.� Kennedy, J., and Eberhart, R. C. (1995). Particle swarm optimization. In Proceedings of the 1995 IEEE

International Conference on Neural Networks, IEEE Service Center, Piscataway, NJ, USA, 1942–1948.Ant Algorithms� Dorigo, M., Maniezzo, V., Colorni, A. (1996). Positive Feedback as a Search Strategy. Technical Report No. 91-

016, Politecnico di Milano, Italy, 1991. Later published as Optimization by a colony of cooperating agents, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part B, 26(1):29-41.

Artificial Art� The Art of Artificial Evolution: A Handbook on Evolutionary Art and Music. Romero, J., and Machado, P. (Eds.),

Springer, 2007.Pherographia� Ramos, V., and Almeida, F. (2000). Artificial ant colonies in digital image habitats - a mass behaviour effect study

on pattern recognition. in M. Dorigo, M. Middendorf, and T. Stüzle (Eds.). Proceedings of the 2nd International Workshop on Ant Algorithms (ANTS’2000), 113-116. (http://arxiv.org/ftp/cs/papers/0412/0412086.pdf)

� Fernandes, C.M., Ramos, V., Rosa, A.C. (2005). Self-regulated artificial ant colonies on digital image habitats. in International Journal of Lateral Computing, Vol. 2(1), 1-8. (http://arxiv.org/ftp/cs/papers/0512/0512004.pdf)

� Fernandes, C.M. (2008). A Camera Obscura for Ants. in SIGEVOlution, Vol. 3(2), 9-16. (http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1527065)

Arte e Ciência� Calado, J. (1998). Artes da Física. in Colóquio/Ciências : Revista de Cultura Científica, n.21, pp. 4-8� (http://zircon.dcsa.fct.unl.pt/dspace/bitstream/123456789/239/1/21-1.PDF)� Fernandes, C.M. (2009). Robot Art. in Robot Art (exhibition’s catalog), Óbidos Patrimonium.



� aula de 31-Mar-2012 (Sáb) 09:00-11:00 (S) - art. Leonel Moura:

Condições e conceitos para uma Criatividade Artificial

� Na sequência do desenvolvimento nas últimas décadas da Inteligência Artificial, abriu-se a possibilidade de gerar nas máquinas uma Criatividade Artificial. A própria natureza do conceito de Criatividade, no sentido da produção do novo, implica todavia que não baste considerar a simulação de um comportamento humano e se procure gerar as condições para uma efectiva originalidade.

� Nessa perspectiva o Seminário analisará os conceitos de auto-organização, emergência e stigmergia à luz da sua aplicação na robótica criativa.

� De base essencialmente teórica o Seminário contará ainda com uma componente de demonstração prática com robôs artistas.

� bibliografia:� Formigas, Vagabundos e Anarquia, Leonel Moura, LXXL Edições, 2009


Criatividade Computacionala disciplina - avaliação

� Avaliação:

� 1 trabalho teórico/exploratórioe.g., artigo publicável, texto (até 8 páginas)

ou (em alternativa):

1 trabalho prático/de implementaçãoe.g., pequeno projecto

� apresentação/exposição (10 a 15 mins + 5 a 10 mins)


� história, conferências passadas

� subárea de IA

Criatividade Computacionala área de investigação



� subárea de IA




� subárea de IA



Criatividade

� capacidade de produzir ideias, ou trabalho� novo – original, não esperado� apropriado – útil, adequado a situação e a restrições

� tópico abrangente e importanteao nível do indivíduo� relevante na resolução de problemas no trabalho e no dia-a-dia

ao nível da sociedade� relevante em descobertas científicas, invenções, movimentos

artísticos novos, programas sociais novos

Sternberg & Lubart (1999)

� creare – (lat.) trazer à existência, ou formar, do nada (também definição típica de dicionário).


Inteligência

� capacidade mental geral que inclui� raciocinar, planear, resolver problemas� exprimir-se, usar a linguagem� abstrair, compreender ideias complexas� aprender, incluindo aprender com a experiência

� intellegere - (lat.) compreender, diferente de ser ‘esperto’ (i.e., capaz de se adaptar ao seu meio)

Wikipedia (2009)


Criatividadetema pouco investigado em psicologia, porquê?

� Origens do estudo da criatividade numa tradição de misticismo e religiosidade (contra o espírito científico; fenómeno espiritual e não objectivizável) – v. Platáo, Kipling

� Impressão transmitida por abordagens pragmáticas e comerciais à criatividade – não há uma base de estudo teórica nem validação empírica da mesma na psicologia – v. De Bono.

� Trabalho inicial que se afastou, teórica e metodologicamente, da corrente principal da psicologia teórica e empírica, originando uma perspectiva da criatividade como periférica relativamente às preocupações centrais da psicologia – v. Freud e outros.



Criatividadetema pouco investigado em psicologia, porquê?


� Problemas com a definição da criatividade e os critérios de criatividade que fazem parecer o fenómeno da criatividade difícil ou então trivial.

� Abordagens cognitivas que vêm a criatividade como um resultado extraordinário de estruturas ou processos ordinários, de modo que nem sempre parece necessário ter algum estudo específico separado para a criatividade – v. Finke, Ward & Smith (1992), Weisberg (1986, 1993) e Boden (1990, 1994).

� Abordagens unidisciplinares à criatividade tendem a ver parte do fenómeno (e.g., os processos cognitivos da criatividade, os traços de personalidade da pessoa) como sendo o todo, resultando numa visão algo limitada e não satisfatória da criatividade.


Criatividadeporque foi um tema pouco investigado em psicologia?

� Origens do estudo da criatividade numa tradição de misticismo e religiosidade (contra o espírito científico; fenómeno espiritual e não objectivizável) – v. Platáo, Kipling

� Impressão transmitida por abordagens pragmáticas e comerciais à criatividade – não há uma base de estudo teórica nem validação empírica da mesma na psicologia –v. De Bono.

� Trabalho inicial que se afastou, teórica e metodologicamente, da corrente principal da psicologia teórica e empírica, originando uma perspectiva da criatividade como periféricarelativamente às preocupações centrais da psicologia – v. Freud e outros.


� Problemas com a definição da criatividade e os critérios de criatividade que fazem parecer o fenómeno da criatividade difícil ou então trivial.

� Abordagens cognitivas que vêm a criatividade como um resultadoextraordinário de estruturas ou processos ordinários, de modo que nem sempre parece necessário ter algum estudo específico separado para a criatividade – v. Finke, Ward & Smith (1992), Weisberg (1986, 1993) e Boden (1990, 1994).

� Abordagens unidisciplinares à criatividade tendem a ver parte do fenómeno (e.g., os processos cognitivos da criatividade, os traços de personalidade da pessoa) como sendo o todo, resultando numa visão algo limitada e não satisfatória da criatividade.


Criatividade e Inteligênciaqual a relação?

� criatividade – processo de conceber algo de novo e útil� inteligência – capacidade de se adaptar a, configurar e

escolher, ambientes, com um objectivo

Sternberg & O’Hara (1999)

São a mesma coisa, ou não? Como se relacionam?1. a criatividade é um ‘subconjunto’ da inteligência2. a inteligência é um ‘subconjunto’ da criatividade3. criatividade e inteligência ‘intersectam-se’4. criatividade e inteligência ‘coincidem’5. criatividade e inteligência são ‘disjuntas’

nota: todas estas hipóteses têm trabalhos de investigação que as apoiam


Criatividade e Inteligênciacriatividade como ‘subconjunto’ da inteligência

� apontou a criatividade como tema de investigação negligenciado da psicologia

� despertou o gerou interesse pela psicometria da criatividade� modelo da estrutura do intelecto (5x4x6 = 120 factores):

a) operações – cognição, memória, produção divergente, produção convergente, avaliação

b) conteúdo – figurativo, simbólico, semântico, comportamentalc) produtos – unidades, classes, relações, sistemas, transformações, implicações

� o mais relevante para a criatividade é a produção divergente� envolve procura em larga escala de muitas respostas a problemas

(por oposição à resposta correcta única da produção convergente)� neste modelo a criatividade é uma parte da inteligência

Guilford (1950, 1967, 1970, 1975)



� Lista de capacidades primárias inclui (mais simples que Guilford):

verbal, numérico, espacial, velocidade perceptual,‘speed of closure’ (‘visual cognition’, percepção ‘gestalt’), raciocínio indutivo,raciocínio dedutivo, memorização, conhecimento e habilidades mecânicas,fluência verbal, fluência ideacional, ‘restructuring closure’ (‘flexibility of closure’),originalidade, coordenação motora geral, destreza manual,sensibilidade musical à nota e tonal, capacidades de desenho representacional,fluência de expressão, velocidade motora, ritmo e tempo musical,juízo

� capacidades relevantes para a criatividade, como originalidade e fluência ideacional, são subconjunto das capacidades primárias

� o desempenho criativo na vida real é determinado primeiro pela inteligência geral (em particular por capacidades de raciocínio) e depois por factores de personalidade

Cattel (1971)



Teoria das ‘multiple intelligences’ (MI, 8)

� as pessoas podem ser inteligentes de várias modos, incluindo modos criativos (um subconjunto)

� 8 inteligências:a. linguística (escrever um poema ou uma histórias curta)b. matemática e lógica (resolver um problema de lógica ou fazer uma prova matemática)c. espacial (orientação numa cidade/mapa desconhecidos)d. cinestesico-corporal (dança, atletismo)e. musical (compor uma sonata, tocar um instrumento)f. interpessoal (encontrar forma eficaz de compreender e se relacionar com as outras

pessoas)g. intrapessoal (atingir um alto nível de auto-compreensão)h. naturalista (ver padrões complexos em ambientes naturais)

� Analisou as vidas de 7 personagens que deram contribuções altamente criativas no séc.XX numa das 8 inteligências: Freud (g), Einstein (b), Picasso (c), Stravinsky (e), T.S.Eliot (a), Martha Graham (d), Gandi (f) (e Darwin, para h ?)

Gardner (1983, 1993, 1995)


Criatividade e Inteligênciainteligência como ‘subconjunto’ da criatividade

Teoria do investimento - há um potencial de criatividade para cada indivíduo que advém de:

� potencial inicial/inato� potencial devido a investimentos activos em capacidades criativas

� pessoas criativas são como bons investidores: compram baixo e vendem altogeram ideias pouco populares (e desprezadas?), convencem os outros do valor delas e deixam que as sigam, quando já se encaminham para outras ideias.

Sternberg & Lubart (1991, 1995, 1996)



� Elementos que convergem para a criatividade:

1) inteligência� capacidades de síntese (ver um problema de perspectivas novas)� capacidades de análise (avaliar e decidir com que ideias vale a pena

prosseguir)� capacidades práticas (capacidade de aplicar as capacidades intelectuais

em contextos do dia-a-dia)2) conhecimento (inteligência cristalizada, de especialista)3) estilos de pensamento (preferência por pensar de modo inovador,

em vez de seguir a multidão)4) personalidade (pode permitir, ou não, a preferência por certo estilo

de pensamento)5) motivação (necessária para prosseguir e enfrentar obstáculos a

empreendimentos criativos)6) meio (o ideal é um meio onde se minimizam os obstáculos e riscos e

onde há prémios para os que aceitam os riscos)

Sternberg & Lubart (1991, 1995, 1996)



� Hierarquia de Smith

� há uma taxonomia que pressupõe que os processos cognitivos se distribuem por uma continuidade hierárquica e cumulativa, abrangendo:

� conhecimento, compreensão, aplicação, análise (que requerem capacidades intelectuais)

� síntese e avaliação (que requerem capacidades criativas)

� testado por Leon Smith (‘Taxonomy of Educational Objectives’, Bloom)

nota: devido às categorias serem cumulativas na hierarquia, a inteligência é um subconjunto da criatividade

Smith (1970, 1971)


Criatividade e Inteligênciacriatividade e inteligência ‘intersectam-se’

� É a perspectiva mais convencional

� Existem semelhanças e diferenças entre a criatividade e a inteligência (Barron (1963), Roe (1976))

� semelhanças - para resolver problemas difíceis requerem-se inteligência e originalidade

� diferenças – na resolução de problemas há um objectivo específico e abordgens lógicas e ordenadas/sistemáticas. No processo criativo não há, regra geral, um objectivo definido e são comuns modos não lógicos de pensamento

� Respostas/soluções correctas vs. boas (Shouksmith (1973)), distingue inteligência de criatividade:

� julgar a correcção de uma resposta é medir o raciocínio lógico/inteligência� julgar a qualidade (boa/má) de uma resposta (medida de se se adequa/ajusta ao

problema) é medir a criatividade

A sobreposição das duas representa respostas que são correctas e boas


Criatividade e Inteligênciacriatividade e inteligência ‘intersectam-se’

� Os génios de Cox (Cox (1926))� estimativa de QI de 301 pessoas eminentes que viveram entre 1450 e 1850 (filósofos,

cientistas, escritores, religiosos, políticos, artistas, músicos, militares)

� O IPAR (Institute for Personality Assessment and Research.)� estudos realizados com indivíduos de variadas profissões

Ambos nostraram uma fraca, e variável, correlação entre o QI e a criatividade (e só para QI’s abaixo de 120)

� O modelo dos 3 anéis (Renzulli (1986))� sugere que o ‘dom’ está na intersecção entre as capacidades acima da média (medidas de

forma convencional), a criatividade e o empenho

� Remote Associates Test (RAT; Mednick (1962))� RAT testa criatividade e inteligência (de forma mais simples e objectiva que os testes do

IPAR, de Guilford e de Roe) sugerindo que estão bastante relacionadas (e se ‘intersectam’)

� Teorias implícitas (Sternberg (1985))� Sternberg extraiu informação de pessoas comuns e de especialistas (física, filosofia, arte e

gestão/negócios) sobre as suas concepções populares e teorias implícitas acerca da criatividade e da inteligênciaestas confirmam a ‘intersecção’ entre criatividade e inteligência


Criatividade e Inteligênciacriatividade e inteligência ‘coincidem’

� Hensley & Reynolds (1989), propõem que criatividade e inteligência devem ser vistoscomo um fenómeno unitárioa criatividade uma expressão da inteligência

� Weisberg (1986, 1988, 1993) e Langley (1987), argumentam que os mecanismos pordetrás da criatividade não são diferentes dos da resolução de problemas normal (do tipo dos que não parecem à superfície necessitar de pensamento criativo)quando processos normais/ordinários produzem resultados extraordinários isso é apelidado criativo (e não há nada de especial com isto!)

� Esta parece ser também a postura de outros investigadores, e.g., Boden (ver Boden(1990) ou Boden (1999)), Finke (ver Finke, Ward, & Smith (1992) ou Ward, Smith, & Finke (1999)) que recorrem à Psicologia Cognitiva para explicar a criatividade


Criatividade e Inteligênciacriatividade e inteligência são ‘disjuntas’

Existe fraca correlação entre inteligência e criatividade, pois são coisas distintas

� Getzels &Jackson (1962) identificaram grupos de estudantes do secundário, um com alta inteligência e baixa criatividade e um com alta criatividade e baixa inteligência para estudar o seu comportamento na escola, valores, fantasias e produção imaginativa e ambiente familiar. Encontraram fraca correlação entre Inteligência e criativiadade (em média 0,26)

� Wallach & Kogan(1965) criticaram aspectos da medição da criatividade dos autores anteriores e propuseram outras. Numa experiência os estudantes foram divididos em 4 grupos:� HC-HI – criatividade e inteligência altas� LC-HI – criatividade baixa e inteligência alta� HC-LI – criatividade alta e inteligência baixa� LC-LI – criatividade e inteligência baixas

Estes grupos manifestaram graus diversos de aspectos investigados pelos autores anteriores


Criatividade e Inteligênciacriatividade e inteligência são ‘disjuntas’

� Torrance (1963), em testes similares aos de Getzels &Jackson (1962) conclui igualmente que a inteligência e a criatividade estão relacionadas apenas moderadamente

� os efeitos da prática – são uma razão pela qual certos investigadores pensam que inteligência e criatividade são ‘disjuntas’

� qualquer tipo de perícia (incluindo a criativa), se desenvolve como resultado de uma prática deliberada, com intenção de melhorar o desempenho num domínio criativo particular

� o desempenho é uma função do trabalho investido pelo indivíduo num domínio/campo criativo

� isto é difícil de medir (p.ex., pode ser que uma pessoa com um talento criativo esteja mais motivada para se envolver em prática deliberada do que outra sem esse talento)


Criatividade

� O que é a criatividade?

� ideia criativa vs. ideia (apenas) nova

que diferença? que critério?

� Como é a criatividade possível?

� Questões acerca da criatividade humana podem ser respondidas usando conceitos computacionais (?)


Tipos Gerais de CriatividadeBoden (1990)

� Criatividade “improbabilística”� Combinações novas de ideias familiares� Combinações valorizadas

� Criatividade “impossibilística”� ideias completamente novas no espaço conceptual de

referência(espaço conceptual = objectos+formas de combinação+restrições)

� Originadas por mapeamento, exploração e transformação do espaço conceptual


Criatividade e Ideias Criativas� Quanto mais claramente se define um espaço conceptual melhor se

identificam as ideias criativas

� Definição de espaços conceptuais por musicólogos, críticos literários, historiadores de arte e ciência

� Áreas + “intuitivas” (artes, humanísticas) podem complementar-se pelo rigor comparativo de uma abordagem computacional

� A modelação computacional pode ajudar a definir um espaço conceptual e a mostrar como ele pode ser mapeado, explorado e transformado

� A compreensão científica da criatividade não evita que admiremos ideias criativas, nem as torna previsíveis(desmistificação não implica desumanização)


O Mistério da Criatividade

� A criatividade está por detrás de obras de artistas, cientistas e inventores

� Não se sabe bem como as ideias originais aparecem

� A intuição está envolvida – mas o que é a intuição? (nem a psicologia explica bem)

� A imprevisibilidade aparente da criatividade parece desafiar qualquer explicação metódica (científica ou histórica)



� Criação – acto de trazer à existência, ou dar forma, a partir do nada(definição de dicionário)

� Explicado frequentemente:� pela inspiração divina� pela intuição romântica� pela visão interior

� Podem estas questões ser melhor compreendidas com a ajuda de conceitos da informática/computação?



� Mas o que é que os computadores têm a ver com a criatividade?� Geralmente assume-se que nada têm a ver

(assume-se que têm a ver com rigor)

� “Não há pretensões de a Máquina Analítica originar o que quer que seja. Pode realizar [apenas] o que nós soubermos ordenar-lhe que realize.” (Ada Lovelace)� O computador só pode fazer aquilo para que o programarmos!?

(mas mesmo assim poderia jogar xadrez e compor música!?)

� Mas isto não elimina relações interessantes entre criatividade e computadores


Criatividade e ComputaçãoQuestões

1. Podem conceitos computacionais ajudar na compreensão da criatividade humana?

2. Pode o computador, agora ou no futuro, parecer ser criativo?3. Pode o computador, agora ou no futuro, parecer reconhecer

criatividade?4. Pode o computador, por mais impressionante que seja o seu

desempenho, ser realmente criativo?

� Questões 1 a 3 são empíricas, científicas� a resposta tende a ser “sim”

� Questão 4 é filosófica e (altamente) controversa� Filósofos/cientistas a favor/contra a IA (forte) – consciência,

pensamento (e criatividade): só num cérebro humano?


Abordagens Históricas� Poincaré (1982) - ideias são como os átomos ligados de Epicuro, cintilando

em todas as direcções como um enxame de mosquitos, ou como as moléculas de um gás na teoria cinética dos gases� como aparecem as ideias relevantes e como se combinam? (obscuro/vago?)� “fases” da criatividade (Poincaré/Hadamard): preparação, incubação, inspiração

e verificação (avaliação)

� Hadamard (1954) – Encontrar soluções para os problemas “bastante diferentes” das que se tentaram anteriormente (não estavam no enxame de Poincaré?)

� Perkins (1981) – Critica a ideia romântica de que a criatividade advém de uma “visão interior”, um “dom” especial � a “visão interior” envolve capacidades comuns, do dia-a-dia, como reparar e

lembrar

� Koestler (1975) – “Bissociação” de matrizes (obscuro/vago?)� Boden (1990) – matrizes são espaços conceptuais; “bissociação” corresponde a

operações no espaço conceptual de associação, analogia, exploração ou transformação, que permitem originar uma ideia nova, bastante diferente de ideias anteriores


Exemplos de Criatividade Humana

� Descoberta da estrutura cíclica do benzeno (Friedrich August Kekulé von Stradonitz, séc.XIX)

� Órbita elípitca dos planetas (Johannes Kepler, séc.XVII)

� Prelúdios e fugas (Johann Sebastian Bach, séc.XVIII)

� O improviso de melodias no jazz em torno de uma sequência de acordes

� A capacidade de reconhecermos que duas maçãs diferentes são objectos da mesma classe


� Eixo combinação/transformação:

� criatividade “improbabilística”� criatividade “impossibilística”

� Eixo individual/social:(aplica-se mais à criatividade impossibilística)

� P-criatividade - Tipo P, criatividade pessoal/psicológica� H-criatividade - Tipo H, criatividade histórica

Tipos de CriatividadeBoden (1990)


Criatividade Improbabilísticaeixo combinação/transformação

� Combinações novas (e interessantes/valorizadas) de ideias familiares� Surpresa c/ideia criativa atribuída à improbabilidade da combinação� Base para muitos testes psicométricos de medição da criatividade

� “Cientistas” adoptam geralmente esta definição (preocupados em evitar o romantismo e obscurantismo!?)

� (“Cientistas”) Como se valoriza uma combinação nova?

� Explicações psicológicas concentram-se principalmente no processo, i.e., em como são geradas as ideias criativas (e menos no reconhecimento do seu valor criativo)

� Valor criativo não é questão puramente psicológica: há factores históricos, sociológicos e filosóficos (cultura influi no juízo de valor)

� (“Cientistas”) Como se explica o aparecimento de uma nova combinação de ideias? (como funciona o pensamento associativo e o analógico?)

� Muitas ideias (embora não todas) consideradas criativas são deste tipo (e.g., poesia, maquinetas ao estilo Heath-Robinson)

� Basta uma teoria da combinação complementada com explicações psicológicas de associação e analogia


Criatividade Impossibilísticaeixo combinação/transformação

� Ideias criativas são radicalmente novasi.e., são novas de maneira mais profunda(não são apenas combinações novas de ideias familiares)

� São ideias novas que não só não apareceram antes como não podiam ter aparecido antes

� O processo generativo que origina uma ideia nova é diferente do que origina outras ideias (familiares) antes geradas

� Criatividade é vista tendo em conta o um conjunto de princípios generativos (o processo generativo)

� Restrições não se opõem à criatividade, mas tornam-na possível(restrições opõem-se à imprevisibilidade)


P-Criatividadeeixo individual/social

� Criatividade pessoal, ou psicológica

� Uma ideia é P-Criativa se a pessoa em cuja mente ocorre não a teve/não a poderia ter tido antes

� Não importa se, e quantas vezes, outras pessoas tiveram a mesma ideia antes


H-Criatividadeeixo individual/social

� Criatividade histórica

� Uma ideia é H-Criativa se é P-Criativa e ninguém mais, na história humana, a teve antes

� H-Criatividade presta-se a muitos errosna história da ciência e da arte descobriram-se muitos casos de descoberta de ideias criativas antes do que era aceite até certa data


Criatividade - Questões

duas questões diferentes:

� Dada uma ideia,decidir se é uma ideia criativa ou não

� Dada uma ideia,encontrar o processo generativo que a originou


Criatividade e “Mapas Mentais”

� Criatividade “impossibilística”com respeito ao processamento mental usual no domínio (química, poesia, música, etc.), uma idéia criativa (parece) impossível

� Como pode tal idéia surgir?� Como pode uma idéia impossível ser mais criativa

que outra?� Se um acto de criação não é apenas combinação, o

que é, então?



� Isto pode compreender-se em termos de mapeamento, exploração e transformação de espaços conceptuais

� Espaço conceptual = estilo de pensamento� Dimensões do espaço conceptual:

� princípios organizativos que unificam e dão estrutura ao domínio� sistema generativo que define o intervalo de possibilidades no domínio

(e.g., movimentos de xadrez, estruturas moleculares, melodias de jazz)

� “Mapa mental” - Os limites, contornos, caminhos e estrutura do espaço conceptual podem ser mapeados para uma representação mental

� Os “mapas mentais” podem ser usados (consciente ou inconscientemente) para explorar e alterar os espaços conceptuais


Criatividade e “Mapas Mentais”� Provas disto vêm da psicologia do desenvolvimento da criança

� Capacidades imaginativas são, a princípio, rígidas� Flexibilidade imaginativa surge a partir de “redescrições representacionais” das

capacidades de baixo nível� “redescrições representacionais” fornecem “mapas mentais” a vários níveis� “Mapas mentais” são usados pelo indivíduo para fazer coisas que antes não era

capaz� E.g., incapacidade de uma criança de 4 anos desenhar, ou copiar um desenho

de, uma pessoa com 1 braço, duas cabeças, um cão com 7 pernas� Aos 10 anos a criança já é capaz de explorar o desenho de uma pessoa distorcendo,

repetindo, omitindo ou combinando partes� Desenvolvimento segue uma ordem (capaz de mudar o tamanho ou a forma de um

braço antes de juntar mais, ou de substituir os braços por asas)

� O desenvolvimento de “redescrições representacionais” é um exercício de mapeamento pelo qual o indivíduo desenvolve representações mentais explícitas de conhecimento que já possuía implícito

� Modelos de criatividade na IA� Poucos contêm descrições reflexivas dos seus próprios procedimentos e/ou

modos de os variar� Maior parte limitam-se à (representação e) exploração dos espaços conceptuais,

não acomodam transformaçãoFev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 54


� Espaços conceptuais podem ser explorados:� Mostrando detalhes da sua natureza antes não notados

e.g., exploração gramatical na prosa ou na poesia

� Exploração poderá mostrar os limites do espaço, identificando pontos específicos nos quais se poderiam realizar alterações numa certa dimensão

� Espaços conceptuais podem ser transformados:� Por alterações superficiais, ou profundas/estruturais

ultrapassando limitações/restriçõese.g., desaparecimento da nota dominante na música ocidental pós-Renascimento (Schoenberg),descoberta de moléculas circulares (Kekule)


Criatividade, “Mapas Mentais” e Psicologia Computacional

� Psicologia computacional/cognitiva pode ajudar na abordagem a estas questões� Conhecimento implícito de críticos literários, musicólogos e

historiadores de arte e ciência pode ser explicitamente expresso no contexto de uma teoria psicológica da criatividade

� Processos mentais especificados pelo psicólogo explicam/possibilitam a geração de idéias criativas

� Num sistema computacional, o conhecimento implícito nos procedimentos dos princípios generativos fica disponível/explícito, depois da “redescrição representacional”, nas estruturas de dados do sistema

� Um modelo computacional permite clarificar a representação e exploração do espaço conceptual

� IA - Modelos de criatividade que contenham descrições reflexivas dos seus próprios procedimentos e modos de os variar poderão, além de explorar os espaços conceptuais, também transformá-los


exemplo 1

artigo“Using Rules for Creativity in Visual Composition”

no SIGDOC 200826th ACM International Conference on Design in Communication

GEOWINgeração de padrões visuais

baseada em regras


Using Rules for Creativityin Visual Composition

(SIGDOC-2008)

Joaquim Reis

[email protected]


Computers and Creativity(SIGDOC-2008)

� Musical arts� execution (e.g., synthesizers)� analysis, synthesis (assisted / automatic composition)

� Literary arts� text processing (editiors, spelling, syntax and style checkers,

dictionaries, thesauri)� natural language processing – analysis and synthesis (NL

interfaces, translation, dialog, text and story understanding and generation, poetry)

� Visual arts� drawing, animation� design, painting, analysis and synthesis of styles


Shape Grammars(SIGDOC-2008)

� Describe recursive computations with visual shapes� Based on (grammar) rules� Can be used to represent styles

<shape-to-match> => <substitution-shape>

pre-condition action

(analogy with NL systems)

� vocabulary of shapes, e.g., points, lines, 2D, 3D shapes (may include dimensions, colors)

� rules of the grammar


Shape Grammars (examples) (SIGDOC-2008)

=> ...-> ->

=>-> -> ...

=>-> -> ...

rules generation


Agents with Style (i) (SIGDOC-2008)

� An agent is a situated entity that perceives the environment and acts on it

�Idea: encapsulate shape grammars in agents

�Each agent has its own style (set of shape grammar rules)

�Agents participate in the composition generation

�Different coordination formscooperation ... ... competition

multi-agent generation process

emergence?: less more


Agents with Style (ii) (SIGDOC-2008)

(composition)

inference engine(forward-chaining)

rule memory

working memory

agents

composition


Agents with Style (iii) (SIGDOC-2008)

agents & shape grammarscomposition

=>

=>

=>

=>

=>


Agents with Style (iv) (SIGDOC-2008)

agente & shape grammarscomposition

=>

=>

=>

=>

=>


Work in Progress (i) (SIGDOC-2008)

GEOWIN

� a system for 2D visual pattern generation� based on the concept of shape grammar� how it works:

Given initial shapesGeneration through successive shape grammar rule application(no agents yet)

� small scale prototype (written in Common Lisp/CLOS)� architecture components/modules:

FC forward-chaining rule based systemrule language, shape grammar rule representation

GEO 2D shape representation & shape I/OSG programatic interface, FC & GEO integration


Work in Progress (ii) (SIGDOC-2008)

GEOWIN rule example (1)

(r1 "Horizontal rectangle rule."

(and (rectangle ?x1 ?y1 ?x2 ?y2 ?color ?filledp) ; rectangle

(is ?length (- ?x2 ?x1)) ; recognition

(is ?height (- ?y2 ?y1))

(rh-hmin ?hmin)

(rh-hmax ?hmax)

(rh-ratio-min ?rmin)

(rh-ratio-max ?rmax)

(<= ?hmin ?height ?hmax)

(<= ?rmin (/ ?length ?height) ?rmax)

(rh-delta ?delta) ; parameters for generation

(is ?d (eval (floor (/ ?height ?delta))))

(is ?x1a (- ?x2 ?d)) ; coordinates for new

(is ?x2a (+ ?x1a ?length)) ; horizontal rectangle

(is ?y1a (- ?y1 (- ?height ?d)))

(is ?y2a (+ ?y1a ?height))

(x-min ?xmin) ; limits

(x-max ?xmax)

(y-min ?ymin)

(y-max ?ymax)

(<= ?xmin ?x1a ?x2a ?xmax) ; limits verification

(<= ?ymin ?y1a ?y2a ?ymax))

->

(rectangle ?x1a ?y1a ?x2a ?y2a dark-red t)) ; new rectangle


Work in Progress (iii) (SIGDOC-2008)


(r2 "Horizontal rectangle and square rule."




(rh-hmin ?hmin)

(rh-hmax ?hmax)





(rhq-delta ?delta) ; parameters for generation

(is ?d (eval (floor (/ ?height ?delta))))

(is ?a (- ?length (* 2 ?d)))

(is ?x1a (+ ?x1 ?d)) ; coordinates for new square

(is ?x2a (+ ?x1a ?a))

(is ?y1a (- ?y1 (- ?a ?d)))

(is ?y2a (+ ?y1a ?a))


(x-max ?xmax)

(y-min ?ymin)

(y-max ?ymax)



->

(rectangle ?x1a ?y1a ?x2a ?y2a dark-green t)) ; new square Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 68

Work in Progress (iv) (SIGDOC-2008)


(r3 "Square rule."

(and (rectangle ?x1 ?y1 ?x2 ?y2 ?color ?filledp) ; square

(is ?a (- ?x2 ?x1)) ; recognition


(= ?a ?height)

(rq-amin ?amin)

(>= ?a ?amin)

(rq-delta ?delta) ; parameters for generation

(is ?d (eval (floor (/ ?a ?delta))))

(is ?x1a (+ ?x1 ?d)) ; coordinates for new square

(is ?x2a ?x2)

(is ?y1a (- ?y1 ?a))

(is ?y2a (- ?y2 (+ ?a ?d)))


(x-max ?xmax)

(y-min ?ymin)

(y-max ?ymax)



->

(rectangle ?x1a ?y1a ?x2a ?y2a green t)) ; new square


Work in Progress (v) (SIGDOC-2008)


(r4 "Horizontal rectangle, square and circle rule."

(and (rectangle ?xr1 ?yr1 ?xr2 ?yr2 ?color1 ?fillp1) ; rectangle

(is ?length (- ?xr2 ?xr1)) ; recognition

(is ?height (- ?yr2 ?yr1))

(rh-hmin ?hmin)

(rh-hmax ?hmax)





(rectangle ?xq1 ?yq1 ?xq2 ?yq2 ?color2 ?fillp2) ; square

(is ?a (- ?xq2 ?xq1)) ; recognition

(is ?aheight (- ?yq2 ?yq1))

(= ?a ?aheight)

(rq-amin ?amin)

(>= ?a ?amin)

(is ?delta (- ?yq2 ?yr1)) ; rectangle/square

(> ?height ?delta 0) ; relation recognition

(> ?xr2 ?xq1 ?xr1)

(is ?r (eval ; coordinates for new circle

(floor (/ (- ?height (* 3 ?delta)) 2))))

(> ?r 0)

(is ?xc (+ ?xr1 ?delta ?r))

(is ?yc (+ ?yr1 (* 2 ?delta) ?r)))

->

(circle ?xc ?yc ?r dark-blue t)) ; new circle


Work in Progress (vi) (SIGDOC-2008)


(r5 "Vertical bar (rectangle) rule."




(rb-lmin ?lmin)

(rb-lmax ?lmax)

(rb-ratio-min ?rmin)

(rb-ratio-max ?rmax)

(<= ?lmin ?length ?lmax)

(<= ?rmin (/ ?height ?length) ?rmax)

(is ?d (* 2 ?length)) ; coordinates for new rectangle

(is ?x1a (+ ?x1 ?d))

(is ?x2a (+ ?x2 ?d))

(is ?y1a ?y1)

(is ?y2a ?y2)


(x-max ?xmax)

(y-min ?ymin)

(y-max ?ymax)



->

(rectangle ?x1a ?y1a ?x2a ?y2a light-gray t)) ; new rectangle


Work in Progress (vii) (SIGDOC-2008)

GEOWIN composition example


Work in Progress (viii) (SIGDOC-2008)

domain ontology (2D)

� points & position relations between points� segments & position relations� rectangular shapes & position relations


Work in Progress (ix) (SIGDOC-2008)

ontology: relations for segments on an axis

1 axis:13 relations

(sho

wn

for

the

x ax

is o

nly)

x-before(a,b)x

xa1

xa2xb

1xb

2

ab

x-meets(a,b)x

xa1

xb2

xb1

xa2

ab

x-overlaps(a,b)x

xa1

xb2

xb1xa

2

ab

x-starts(a,b)x

xa2

xb2

xa1

xb1

ab

x-inside(a,b)x

xb1

xa1

xa2

xb2

ab

x-ends(a,b)x

xa1

xb1

xa2

xb2

ab

x-equals(a,b)x-equals(b,a) x

xa1

xb1 xa

2

xb2

ab

xxb

1xb

2xa

1xa

2

ba

x-after(a,b)

xxb

1xa

2xa

1

xb2

ba

x-met-by(a,b)

xxb

1xa

2xa

1xb

2

ba

x-overlapped-by(a,b)

xxb

2xa

2xb

1

xa1

ba

x-started-by(a,b)

xxa

1xb

1xb

2xa

2

ba

x-contains(a,b)

xxb

1xa

1xb

2

xa2

ba

x-ended-by(a,b)


Work in Progress (x)

(SIGDOC-2008)

ontology:relations for rectangular shapes on the plane

1 relation on 1axis:13 relations on the other

axis(total: 13x13 relations)

(sho

wn

for

the x-before

rela

tion

only

)

y-after(a,b)

y-met-by(a,b)

y-overlapped-by(a,b)

y-started-by(a,b)

y-contains(a,b)

y-ended-by(a,b)

x

y

b

a

yb1

yb2

xa2

xa1

xb1

xb2

ya2

ya1

x

y

yb1

xb1

xb2

ya2

ya1

yb2

xa1

xa2

b

a

x

y

yb1

yb2

xa2

xa1

ya2

ya1

xb1

xb2

b

a

x

y

yb2

ya2

yb1

ya1

xa1

xa2xb

1xb

2

ba

x

y

byb

1

yb2

ya2

ya1

xa1

xa2xb

1xb

2

a

x

y

byb

1

ya1

xa1

xa2xb

1xb

2

yb2

ya2

a

y-before(a,b)

y-meets(a,b)

y-overlaps(a,b)

y-starts(a,b)

y-inside(a,b)

y-ends(a,b)

y-equals(a,b)y-equals(b,a)

x

y

b

aya

1

ya2

xa2

xa1

xb1

xb2

yb2

yb1

x

y

ya1

xb1

xb2

yb2

yb1

ya2

xa1

xa2

b

a

x

y

ya1

ya2

xa2

xa1

yb2

yb1

xb1

xb2

b

a

x

y

ya2

yb2

ya1

yb1

xa1

xa2xb

1xb

2

ba

x

y

baya

1

ya2

yb2

yb1

xa1

xa2xb

1xb

2

x

y

ba

ya1

yb1

xa1

xa2xb

1xb

2

ya2

yb2

x

y

b

xb1

xb2

xa2

xa1

ya1

yb1

ya2

yb2

a


Future Work (xi) (SIGDOC-2008)

� Improve FC subsystem (rules & pattern matching)� Shape representation and manipulation (shape

arithmetics, similarity transformations, maximal shapes)� Interface refinement (shape and rule editor)� Style representation using shape grammars� Agents and agent activity coordination

� Possible applictions:� mixed style visual composition generation� free generation of visual composition � controlled generation (e.g., technical drawing, Web page layout design)� the Meaning Project


exemplo 2

relatório técnico

Fevereiro de 2011ISCTE-IUL

GSGGeneric Shape Grammars

an expert system shell for shape grammars

Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012

GSGGeneric Shape Grammars

technologies and computational system architecture for

Joaquim [email protected]

ISCTE-IULDept. Ciências e Tecnologias de Informação

an expert system shell for shape grammars

Fev-2012 77 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 78

contents

� GSG project� key ideas� technologies & tools� computational system architecture


GSG project goals & key ideas

� Generic extensible software tool to support generic work with Shape Grammars (SG)

� analysis of designs� style extraction & representation

into SGs� parsing, spatial relations driven

� synthesis of designs� generation:

human (computer supported), computer and mixed

� Support generic work with SGse.g., product design, architecture, creative composition, education

� A shell to support the development of systems capable of computing & reasoning with shapes, spatial relations and SGs,running SGs and exploring the respective languages of designs

� Shape computing & reasoning with a visual (& symbolic) interfacewith different modes, e.g., common, domain-specialist, system/domain&system-specialist


GSG technology (i)shape grammars

� Shape grammar: a set of basic shapes, a set of rules and an initial shape I� Rules: a→→→→b (a and b are shapes) e.g.:� A design c contains, initially, only I e.g.:� Applicable rules are recursively applied to a design� A rule a→→→→b is applicable if there is an euclidean transformation T such that:

T(a)≤≤≤≤c (T(G(a))≤≤≤≤c, w/parametric rules)� Applying an applicable rule a→→→→b changes a design c to a new one, c’, such that:

c’ = [c–T(a)]+T(b) (c’ = [c–T(G(a))]+T(G(b)), w/parametric rules)

� Algebra of shapes: ≤≤≤≤ (subshape), + (sum), - (subtraction) , · (intersection)

� Shapes can be i-dimensional in a k-dimensional space: Uik algebras� Shape emergence can be an issue e.g.:

maximal shape representations are important� Labels can be included in the grammar to guide rule application: Vik algebras

namely to reduce rule multiple applicability due to shape symetries

-> -> ...

=>


GSG technology (i)shape grammars: research resources

� For an implementation:� internal representations & processes (i.e., data structures & algorithms)� adequate interfaces

are very important

� But important as well are theoretical and conceptual aspects of SGs

� In a selected corpus of research publications we can separate the research in SGs in two broad categories:� implementation and practical (including interfaces & usability) oriented� theoretical, conceptual and historically oriented (& other)


GSG technology (i)shape grammars: research resources – implementation & practical oriented

Agarwal, M and Cagan, J. (1998), A blend of different tastes: the language of coffeemakers.

Celani, G. (2003), CAD Criativo.

Chase, S. C. (1989), Shapes and shape grammars: from mathematical model to computer implementation.

Chase, S. C. (2002), A model for user interaction in grammar-based design systems.

Chau, H. H. (2004), Evaluation of a 3D Shape Grammar Implementation.

Chien, S.-F., Donia, M., Jnyder, J. and Tsai, W. J. (1998), SG-CLIPS: A System to Support the Automatic Generation of Designs from Grammars.

Duarte, J. P. (2005), Towards the mass customization of housing: the grammar of Siza's houses at Malagueira.

Duarte, J. P. (2005), A Discursive Grammar for Customizing Mass Housing: the case of Siza's houses at Malagueira.

Gero, J. S. and Yan, M. (1993), Discovering emergent shapes using a data-driven symbolic model.

Krishnamurti, R. (1980), The arithmetic of shapes.

Krishnamurti, R. (1981), The construction of shapes.

Krishnamurti, R. (1992), The maximal representation of a shape.

Krishnamurti, R. (1992), The arithmetic of maximal planes.

Krishnamurti, R. and Earl, C. F. (1992), Shape recognition in three dimensions.

Krishnamurti, R. and Stouffs, R. (1997), Spatial change: continuity, reversibility,and emergent shapes.

Li, Andrew I-kang, Chen, Liang, Wang, Yang, Chau, Hau Hing (2009), Editing Shapes in a Prototype Two- and Three-dimensional Shape Grammar Environment.

Liew, Haldane (2004), SGML: A Meta-Language for Shape Grammars.

McCormack, Jay P. and Cagan, Jonathan (2002), Supporting designers' hierarchies through parametric shape recognition.

McCormack, Jay P., Cagan, Jonathan (2006), Curve-based shape matching: supporting designers' hierarchies through parametric shape recognition of arbitrary geometry.

McGill, Miranda and Knight, Terry (2004), Designing Design-Mediating Software - The Development Of Shaper2D.

Piazzalunga, U. and Fitzhorn, P. (1998), Note on a three-dimensional shape grammar interpreter.

Tapia, M. (1999), A visual implementation of a shape grammar system.

Yue, Kui, Krishnamurti, Ramesh and Gobler, Francois (2009), Computation-friendly shape grammars.


GSG technology (i)shape grammars: research resources – theoretical, conceptual & historically oriented

Chase, S. C. (2010), Shape grammar implementations: the last 36 years (Shape grammar implementation: from theory to useable software).

Knight, T W (1989), Shape Grammars in Education and Practice: History and Prospects.

Knight, T W (1989), Transformations of De Stijl art: the paintings of Georges Vantongerloo and Fritz Glarner.

Knight, T. W. (1993), Color Grammars: the Representation of Form and Color in Design.

Koning, G., and Eisenberg, J., (1981), The language of the prairie: Frank Lloyd Wright’s prairie houses.

Li, Andrew I-kang. (2001), Teaching style grammatically, with an example from traditional Chinese architecture.

Mitchell, W. J. (1990), The Logic of Architecture.

Özkar, Mine and Kotsopoulos, Sotirios, (2008), Introduction To Shape Grammars.

Stiny, G., and Gips, J, (1972), Shape Grammars and the Generative Specification of Painting and Sculpture.

Stiny, G. (1975), Pictorial and Formal Aspects of Shape and Shape Grammars.

Stiny, G. (1976), Two exercises in formal composition.

Stiny, G. (1977), Ice-ray: a note on Chinese lattice designs.

Stiny, G. and Gips, J. (1978), Algorithmic Aesthetics: Computer Models for Criticism and Design in the Arts.

Stiny, G. and W. J. Mitchell, (1978), The Palladian grammar.

Stiny, G. and W. J. Mitchell, (1980), The grammar of paradise: on the generation of Mughul gardens.

Stiny, G. (1980), Introduction to shape and shape grammars.

Stiny, G. (1980), Kindergarten grammars: designing with Froebel’s building gifts.

Stiny, G. (1981), A note on the description of designs.

Stiny, G. (1990), What is a design?.

Stiny, G. (1992), Weights.

Stiny, G. (2001), How to Calculate with Shapes.


GSG technology (ii)computer science: AI & RBS

� Rule Based Systems (RBS) and symbolic reasoning� forward reasoning/chaining - data-driven� backward reasoning/chaining - hypothesis driven

SGs are essentially (forward chaining) production (rule) systems, although dealing also with shape computation and emergence

� Take advantage of Artificial Intelligence (AI) techniquese.g., heuristics & heuristic search, symbolic programming, symbolic knowledge

representation & reasoning, rule based systems, logic, (Russell & Norvig 2003)

� Today computers are (still) symbolic(ally programmed)genuine visual/shape computing is not possible, so use symbolic computing to emulate visual/shape computingafter all, computers are universal computing machines, (Turing 1936)

� Programming tools� LispWorks & KnowledgeWorks RBS shell with forward chaining & backward chaining

(Prolog on Lisp)� Java & Jess, ...


GSG system architecture (ii)

geomrbs

kb

visual

interface

symbolic / api







geomrbs

kb

visual

interface

symbolic / api

visual

shape & rule

input/output/edition

SG interpreter

programatic

shape & rule

input/output/edition

SG interpreter

shapes & SG rules

shape operations ( )

maximal shape reduction

shape transformations

spatial relations

facts & rules

shapes & SG rules

spatial relations

inference engine

symbolic reasoning

with shapes & spatial relations


GSG technology (iii)computer science: DAI & MAS

� The complexity of problems, problem solving and user perspectives of, and interaction with, the problem solving tool (software/computer) can be greatly controlled by adequate modularizing and divide&conquer strategies, if:

� the problem has multiple different aspects (perspectives, contexts, locations, conditions, details, levels of hierarchy or granularity) and problem solving involves different kinds of knowledge/expertise

� the problem is big and complex and the computational effort to deal with problem solving can better be decomposed/distributed in different units

� Moreover:� a better user understanding results if related aspects and knowledge/expertise is

modularized in the same logical units� a kind of emergence can occur when multiple problem solving autonomous, proactive and

reactive units interact and cooperate (or compete) in order to find/build problem solutions� modular computational system architectures are simpler and better from a

programming/software engineeering perspective in developing, extending, modifying and maintaining the system.



� In a SG system, and at least non-trivial design problems and for an advanced (domain or system-specialist) user, it seems also desirable, as an option, to allow the expression of data (shapes, rules, designs) and computations in that modularized way

� For instance, a SG system can have different modules� containing groups of rules related to

� different drawing views (e.g., compound and parallel grammars)� different steps (stages) of building a design� different levels of complexity of the language of designs (e.g., the hierarchy

urbanism/architecture/construction)� different tasks (e.g., drawing and colouring in painting)� different languages of designs/styles (why not?)

� or associated to� different roles in a design task (e.g., generating, evaluating and criticizing, analyzing)� different parts of the computational system (e.g., interface and presentation, shape

operations, reasoning with shapes and spatial relations)



� A modularizing option for the advanced user can be borrowed from theMulti-Agent Systems (MAS) technology, of the area of Distributed Artificial Intelligence (DAI) (Weiss 1999)

� MAS technology is centered around autonomous (intelligent/proactive and reactive) entities, modules, or agents� agents can directly or indirectly interact in an environment

in which they perceive and act� solving problems or performing tasks

which, in principle, they wouldn’t be able to perform individually� in coordinated (cooperative-competitive) ways.


GSG system architecture (iii)

interface

visual

symbolic / api

geom

...

kb

rbs

G1

...a11

kb11 a1n1

kb1n1

Gm

...am1

kbm1 amnm

kbmnm


1. Interface Interactiva de Formas e Regras de Gramática de Forma� Representação e edição de formas geométricas 2D� Representação e edição de regras de gramática de forma� Tratamento conjugado dos aspectos simbólico e gráfico

2. Sistema Baseado em Regras para Gramáticas de Forma� Implementação de regras de gramáticas de forma sobre um sistema baseado em regras de

encadeamento para a frente� Ligação à representação de formas geométricas 2D e de regras de gramática de forma e à

respectiva interface interactiva (aspectos simbólico e gráfico)

3. Implementação da Álgebra de Operações com Linhas Maximais� Implementação das operações ≤≤≤≤ (subforma), + (soma), - (subtracção) , · (intersecção) com

linhas maximais� Conversão de conjuntos de linhas para linhas maximais.

4. Reconhecimento de Relações de Posição entre Formas Geométricas 2D para Processamento com Gramáticas de Forma� Representação e edição de formas e relações de posição entre formas geométricas 2D

(conjunto de formas possíveis alargado)� Emparelhamento de formas e relações de posição entre formas para reconhecimento para

aplicação de regras de gramática de forma

Criatividade Computacionalpropostas de trabalhos de projecto (i)


5. Implementação de Gramáticas de Forma num Contexto de Sistema de CADEscolha do sistema de CAD e respectiva interface programática apropriadosImplementação do sistema de processamento de gramáticas de forma

6. Criatividade e Computação Criativa: Teorias, Modelos, Ferramentas, AplicaçõesRevisão de teorias e modelos sobre a criatividade e o processo criativo no contexto da criatividade computacionalExplorar e descrever alguns sistemas e ferramentas computacionais seleccionados que aplicam algumas das teorias e modelos

Criatividade Computacionalpropostas de trabalhos exploratórios (ii)


Referências (i)� Barron, F (1963), Creativity and Psychological Health, Van Nostrand.� Barron, F (1969), Creative Person and Creative Process, Holt, Rinehart, & Winston.� Boden, M. (1990), The Creative Mind: Myths and Mechanisms, Weindenfeld & Nicolson.� Boden, M. (ed.) (1994), Dimensions of Creativity, MIT Press.� Boden, M. (1999), Computer models of Creativity, in Handbook of Creativity (cap.18), Cambridge

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� Reis, J. (2011), Implementação e Visualização de Formas em GSG, Relatório Técnico do Departamento de Ciências e Tecnologias de Informação do ISCTE IUL e da ADETTI-IUL, de Outubro de 2011.

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Criatividade Criatividade Computacional (CC) …home.iscte-iul.pt/~jmal/mcc/CC-DCTI-MSc-2011-2012-2-4p.pdf2012/02/04 · Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI,