Metodología de simulación paralela aplicada a sistemas multi-agentes en entornos virtuales

353 Pages·2017·4.88 MB·Spanish

by  Óscar Calvo León

Universidad Carlos III de Madrid
Escuela Politécnica Superior
Departamento de Informática
Doctorado en Ciencia y Tecnología Informática
TESIS DOCTORAL
Metodología de Simulación Paralela
aplicada a Sistemas Multi-Agente en
Entornos Virtuales
Oscar Calvo León
Dirigida por
José Manuel Molina López
Miguel Angel Patricio Guisado
Mayo de 2017 v4
This work is distributed under the Creative Commons 3.0 license. You are free to copy, distribute
and transmit the work under the following conditions: (i) you must attribute the work in the
mannerspecifiedby theauthoror licensor (butnot in anyway that suggeststhat they endorse you
oryouruseofthework);(ii)youmaynotusethisworkforcommercialpurposes,and;(iii)youmay
notalter,transform, orbuilduponthiswork. Anyoftheaboveconditionscanbewaivedifyouget
permission from the copyright holder. See http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
for further details.
Web page: http://raxolabs.duckdns.org/oscar/index.html
E-mail: [email protected]
Telephone: [phone]
Address:
Grupo de Inteligencia Artificial Aplicada
Departamento de Informática
Universidad Carlos III de Madrid
Av. de la Universidad Carlos III, 22
Colmenarejo 28270 — Spain
Metodología de Simulación Paralela aplicada a
Sistemas Multi-Agente en Entornos Virtuales
Autor: Oscar Calvo León
Directores: José Manuel Molina López
Miguel Angel Patricio Guisado
Firma del Tribunal Calificador:
Nombre y Apellidos Firma
Presidente: D. .............................. .........................
Vocal: D. .............................. .........................
Secretario: D. .............................. .........................
Calificación: ....................................
Colmenarejo,.......... de .................... de 2017.

a Mónica.

Índice general
Resumen xxi
Abstract xxiii
Agradecimientos xxv
1 Introducción 1
1.1 Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Los problemas de la Realidad Virtual a día de hoy . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Descripción de los Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Análisis y Categorización de Problemas Encontrados . . . . . . . 5
1.3 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 Definición formal de los Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2 Hipótesis expuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.1 G1 - Metáfora antropomórfica adecuada . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.2 G2 - Principios de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.3 G3 - Formalización abstracta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.4 G4 - Método formal para medir inmersión . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.5 G5 - Método formal para medir validez ecológica . . . . . . . . . 12
1.4.6 G6 - Tipos de elementos y servicios posibles . . . . . . . . . . . 12
1.4.7 G7 - Modelo teórico software específico . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.8 G8 - Metodología específica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
ii Índice general
1.4.9 G9 - Definición de servicios necesarios . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.10 G10 - Plataformas de servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.11 G11 - Frameworks de servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.12 Resumen de propuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Estado Del Arte 17
2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Estudio sectorial usos e intereses en Realidad Virtual . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.2 La Realidad Virtual en perspectiva . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3 Surgimiento, caída y resurgimiento . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.4 Breve historia comparativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.5 Usos prácticos de la Realidad Virtual . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.6 Sectores e Industrias existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.7 Campos de aplicación de la Realidad Virtual . . . . . . . . . . . 32
2.2.7.1 Automoción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.7.2 Educación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.7.3 Entretenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.7.4 Farmacéuticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.7.5 Industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.7.6 Juegos y Serious Games . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.7.7 Marketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.7.8 Medicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.7.9 Militar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.7.10 Minería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.7.11 Neurociencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Índice general iii
2.2.7.12 Neurosicología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.7.13 Restauración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.7.14 Retail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.7.15 Robótica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2.7.16 Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.7.17 Turismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.2.7.18 Urbanismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2.8 Sectores de con aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.9 Casos de Uso identificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.9.1 Matriz publicaciones / casos de uso . . . . . . . . . . . 61
2.2.9.2 Las cinco categorías de casos de uso de la Realidad Virtual 64
2.2.9.3 Relaciones y dependencias entre grupos de uso de la
Realidad Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.2.9.4 Casos de uso VR por Sector Económico . . . . . . . . 68
2.2.9.5 Ranking de sectores por casos de uso de la Realidad
Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.2.9.6 Evolución sectores y casos de uso de la Realidad Virtual 72
2.2.10 Problemas Identificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.2.10.1 Lista de problemas identificados . . . . . . . . . . . . . 74
2.2.10.2 Matriz de Publicaciones / Problemas . . . . . . . . . . 75
2.2.10.3 Análisis de las estadísticas de problemas detectados . . 77
2.2.10.4 Resumen de los problemas no-hardware más importantes 79
2.3 Sistemas Multiagente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.3.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.3.2 Inicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.3.3 Ferber y Muller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.3.4 Bandini, Manzoni y Simone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
iv Índice general
2.3.5 Weyns et al. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2.3.5.1 El entorno como contenedor y medio de comunicación . 86
2.3.5.2 El entorno como una capa organizacional . . . . . . . . 86
2.3.5.3 El entorno como infraestructura de coordinación para
agentes cognitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.3.5.4 Entornos de Markov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.3.5.5 Entornos de tarea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.3.5.6 Responsabilidades del entorno . . . . . . . . . . . . . . 90
2.3.5.7 Niveles de soporte del modelo . . . . . . . . . . . . . . 94
2.3.6 Casos prácticos de MAS Situados . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.3.6.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.3.7 Modelo de Weyns, Schelfthout y Holvoet, 2005 . . . . . . . . . . 96
2.3.7.1 Funcionalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.3.7.2 Distribución de las responsabilidades . . . . . . . . . . 97
2.3.7.3 Descripción del entorno virtual de los agentes AGV . . 98
2.3.7.4 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.3.8 Experiencia de Bandini, Manzoni, y Simone, 2001 . . . . . . . . 100
2.3.9 Propuesta de Helleboogh, Vizzarri, Uhrmacher y Michel, 2007 . . 101
2.3.10 Modelo teórico de Wang et al., 2011 . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.3.11 Planteamiento de Ritchings, Anastassakis y Panayiotopoulos, 2001104
2.3.12 Experimento de Mamei y Zambonelli, 2004 . . . . . . . . . . . . 105
2.3.13 Estudio de Friedman, Steed y Slater, 2007 . . . . . . . . . . . . 107
2.3.14 Aproximación de Cranefield y Li, 2010 . . . . . . . . . . . . . . 108
2.3.15 Resumen del estado del arte en Sistemas Multiagente Situados . 109
2.4 Estado del Arte relativo a los objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.4.1 Metáfora antropomórfica adecuada . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.4.2 Principios de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111