Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes aplicadas a Jogos de Guerra Pier-Giovanni Taranti Orientador – Prof. J. C P. de Lucena

Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes aplicadas a Jogos de Guerra

Pier-Giovanni Taranti

Orientador – Prof. J. C P. de Lucena

13/04/09 2Pier-Giovanni Taranti © LES/PUC-Rio

Sumário

• Introdução

• Conceito de Jogos de Guerra

• Jogos de Guerra apoiados por simulações computacionais do Teatro de Operações (limitações e necessidades)

• Estado da Arte

• Por que uma solução por SMA pode ser adequada?

• Próximos passos


Introdução

• Simulações são modelos dinâmicos de um sistema.

• Em uma simulação pode-se observar o comportamento de um sistema de forma próxima ao previsto em situação real.

• Os motivos pelos quais se opta por realizar simulações são os mais diversos:

– economia de recursos

– observação do comportamento de sistemas complexos

– redução da complexidade matemática na resolução de problemas

– possibilidade de realização de experimentos impraticáveis de outra forma

– aceleração de resultados através da seleção de experimentos-candidatos através de simulação computacional

– etc...


Introdução

• Simulações são classificadas de várias formas:

• quanto ao ambiente onde a simulação se desenrola

– real ou computacional

• quanto ao grau de visibilidade

• quanto ao grau de interação ou controle

• Estas classificações não são rígidas, sendo possíveis simulações que se encontrem entre duas categorias


Introdução

• Sistemas de Jogos de Guerra e Treinadores táticos são exemplos de sistemas militares que, baseados em um modelo dinâmico de Teatro de Operações (i.e simulações), visam aperfeiçoar as capacidades dos usuários ou testar planejamentos perante situações possíveis, porém não previstas até este momento.

• Estes sistemas utilizam simulações de comportamentos de meios neutros, inimigos, amigos e do ambiente do teatro de operações (ambiente).

13/04/09 6Nome do Autor © LES/PUC-Rio

Conceito de Jogos de Guerra

• Na fase de planejamento de operações militares, ou criação de tática de combate, um fator primordial a ser considerado é a capacidade do inimigo e suas possibilidades.

• Conhecer o inimigo é tão importante para o sucesso quanto conhecer suas próprias capacidades [Sun-tzu. The Art of War. 600 BC].

• Um planejamento que respeite os fundamentos da estratégia [Liddell Hart, B. H. Strategy: the indirect approach. 1954] deve considerar questões como a manutenção de posições que não permitam ao inimigo a certeza de seus objetivos e que permita ao Comandante alterá-los por conveniência estratégica ou tática.



• Ocorre que as forças oponentes deslocam-se espacialmente no tempo, alterando suas propriedades a cada instante (raio de ação, raio de detecção, etc.), por iniciativa própria ou por imposição do ambiente.

• A complexidade envolvida é tão grande que é impossível prever com aceitável grau de exatidão o comportamento futuro.

• Não existem restrições morais ou de direito quando se considera potenciais ações inimigas na guerra: falta de opções, risco elevado ou cálculos matemáticos podem levar o inimigo a considerar aceitável na guerra o que seria impensável na paz.



• O comportamento do inimigo é fruto do conjunto de ações tomadas a nível micro, pelos elementos (navios, aviões, tropas, etc.) seguindo um conjunto de ordens iniciais, emitidas pelos seus comandos superiores, as quais podem ser alteradas no tempo.

• Quando ocorrem interações entre oponentes nestes sistemas, os resultados são sempre estocásticos, portando, também imprevisíveis a priori. Sistemas desta natureza são classificados como complexos [Moffat, J. Complexity Theory and Network Centric Warfare. 2006].



• Ocorre que, estes cenários imprevisíveis, que emergem das interações e comportamentos dos atores da simulação a nível micro, são um dado precioso fornecidos por estes sistemas, pois auxiliam na validação de planejamento de operações militares, por permitir visualizar uma situação imprevista com antecedência e adaptar o planejamento a esta hipótese, criando os necessários planos contingentes.

• Assim como na informática a interpretação dos requisitos muda durante o planejamento e análise, no meio militar o conhecimento do inimigo e de nossas capacidades é refinado ao longo do planejamento. Os Jogos constituem um laboratório de cenários possíveis para a execução deste refinamento.



• Este teste do planejamento perante possíveis movimentos do inimigo é realizado nos chamados Jogos de Guerra. Nestes Jogos, o estado maior que realizou o planejamento de uma operação a executa, utilizando meios simulados, contra a oposição do inimigo, também simulado.

• Estes jogos podem ser estratégicos, quando realizados em altos níveis de abstração, ou táticos, quando representam enfrentamentos diretos de forças considerando menor nível de granularidade.



• Um fator importante sobre os Jogos é que eles não têm por objetivo avaliar um vencedor: o objetivo é avaliar o planejamento, verificar se ele é abrangente e realístico, se considerou as possibilidades do inimigo, se oferece risco inaceitável a nosso poder militar. Nenhum jogo poderá determinar com precisão o vencedor; se isto fosse possível não haveria necessidade de confronto.

• A história é plena de eventos a nível micro que mudaram o rumo dos acontecimentos, mesmo poderios militares superiores, que respeitando o princípio da massa deveria atingir a vitória, foram diversas vezes levados a falência devido à impossibilidade de prever os movimentos de seus inimigos.


Jogos de Guerra apoiados por simulações computacionais do Teatro de Operações

• Porque as simulações não podem prever os movimentos inimigos com aceitável grau de exatidão? Dois motivos se destacam:

1. O desconhecido, que pode gerar a surpresa estratégica e tática, inserindo variáveis novas em nível micro cujos efeitos se propagam de forma inexorável sobre o sistema

2. O fator estocástico ou não-determinístico do sistema, destacado por Pidd em [Michael Pidd, Systems Modelling: Theory and Practice.2004], e freqüentemente esquecido pelos usuários de simulação (i.e sistemas não-lineares).



• Em Jogos de Guerra a questão estocástica é contornada utilizando-se juízes humanos, especialistas que acompanham a execução dos Jogos (duas semanas a dois meses), interferindo no comportamento dos meios inimigo para criar situações não previstas no planejamento, ou evitar situações que possam levar a um desfecho favorável a algum dos lados, a fim de manter o planejamento em testes.



• Como se trata de uma simulação de Teatro de Operações, que apóia o jogo, questões ligadas a posicionamento geográfico, visibilidade, comunicação entre atores, cumprimento de regras, representações de dinâmicas espaciais (de ordem de grandeza diferentes) e interatividade com Juízes ou partidos planejadores que exercem o controle da ação, devem ser considerados e satisfatoriamente suportadas.

• Outras questões, como reuso de atores da simulação, mudança de características de atores, persistência de dados e controle de estado dos atores devem ser consideradas nestes sistemas.



• Questões importantes para modelagem dos sistemas sócio-técnicos formados em situação de guerra, como subordinação, respeito às ordens, níveis de decisão, cadeia de comando, entre outros, precisam ser tratadas nestas simulações, ou delegadas aos Juízes.

• As poucas informações que se possui a respeito dos atuais sistemas de Jogos de Guerra, indicam a realização de simulações passivas, nas quais apenas aspectos logísticos, cinemático e de alcance de detecção são tratados.

• Sempre que uma decisão é necessária ou que meios entram em alcance de detecção, cabe aos Juízes determinarem qual será o curso das ações.


Estado da Arte

• A construção destas simulações para Jogos de Guerra é um desafio, pois este tipo de sistema não é comercial: não se vendem sistemas de jogos de guerra.

• A pouca bibliografia que existe sobre o assunto é conceitual, normalmente de abordagem puramente teórica ou matemática, sendo que a última possui o inconveniente de não fornecer uma representação espacial do cenário, sendo mais adequada a cálculos sobre enfrentamento, realizados em regiões limitadas do espaço virtual, desconsiderando seu efeito sobre os outros atores.


Estado da Arte

• A solução adotada por cada projeto de desenvolvimento de jogos de guerra é ad hoc, normalmente tratada com sigilo devido não somente a proteção do capital intelectual, mas principalmente devido à sensibilidade dos dados arquivados no sistema. Um dos poucos documentos acadêmicos produzidos no Brasil sobre o assunto é [SANTOS, F.M.A., CASANOVA, M.A. e SEIXAS, R.B. Jogos de Guerra em Plataformas Móveis. Relatório Técnico 01, 2002].


Por que uma solução por SMA pode ser adequada?

• Filtros sobre visualização de dados no nível micro:

• atores somente devem perceber a sua própria situação.

• Os sistemas de GIS não representam adequadamente objetos móveis, porém diversas pesquisas sugerem o uso de agentes de software para imprimir dinâmicas na representação espacial.



• Uma característica notável nestas simulações aplicadas a Jogos de Guerra é a complexidade das mesmas, aqui considerando o sentido de complexidade de sistemas consonante as obras de Michael Pidd e James Moffat, que destacam o fato que o comportamento autônomo dos elementos a nível micro se propagar a nível macro, gerando uma imprevisibilidade do comportamento global dos sistemas.

• Ambos os trabalhos sugerem o uso de Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes para tratar a complexidade dos sistemas, porém não se referem a sistemas georeferenciados.



• A inserção de autonomia no comportamento dos atores (Navios, tropas, aeronaves, etc.) é desejável para fornecer não somente maior fluidez ao processo, mas também evitar vícios de avaliação pelos Juízes, fornecendo novas possibilidades de cenários.

• Esta autonomia permitiria a observação do Jogo em nível mais alto, no qual os atores da simulação cumpririam seu planejamento, que poderia incluir ataques a alvos de oportunidade, regras de engajamento, planos contingentes, planos de comunicação, entre outros.



• O uso de agentes de software ou Sistemas Multiagentes para sistemas de jogos de guerra é considerado em:

• Ivar Oswalt and Stephen Kasputis.Characterizing Models, Simulations, and Games. Interservice/Industry Training, Simulation, and Education Conference (I/ITSEC) 2006.

• Ören, T.I. (2001 – Invited Paper). Impact of Data on Simulation: From Early Practices to Federated and Agent-Directed Simulations. In: A. Heemink et al. (eds.) Proc. of EUROSIM 2001, June 26-29, 2001, Delft, the Netherlands.

• R.C. Rubel (2001) .War-gaming network-centric warfare., Nav. War Coll. Rev. 54(2) 61.74.

• Levent Yilmaz. Toward Next-Generation, Simulation-Based Computational Tools for Conflict and Peace Studies. Social Science Computer Review, Volume 25 Number 1. Spring 2007, p 48-60.



• A única abordagem a declarar possuir uma implementação operacional, que utiliza Jack, foi:

• Ralph Rönnquist, Andrew Lucas and Nick Howden. The simulation agent infrastructure (SAI) – Incorporating intelligent agents into the CAEn close action simulator. SimTecT 2000 Conference Proceedings, Sydney Conventional and Exhibition Centre, Darling Harbour, Sydney, Australia, p83-87


Próximos passos

• A presente proposta sugere que seja iniciada pesquisa sobre o tema, que envolve áreas de estudo como: Jogos sérios (medicina, militar, treinamento,…), Teoria da Complexidade, GIS, Simulações Estocásticas e Simulações Interativas e Engenharia de Software.

• Este trabalho deverá ampliar o referencial teórico, a fim de validar a adequabilidade de uso de SMA para este problema.

• Como abordagem inicial, serão pesquisadas técnicas de modelagem e reuso de simulações, necessárias a condução de futuros experimentos.

Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes aplicadas a Jogos de Guerra

Pier-Giovanni Taranti

Orientador – Prof. J. C P. de Lucena

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