Raciocínio sobre conhecimento visual : um estudo em estratigrafia sedimentar

Abstract

Domínios imagísticos são os domínios nos quais a resolução de problemas inicia com um processo de reconhecimento dos objetos de domínio a partir da informação visual capturada, suportando interpretações mais abstratas em eventuais etapas subsequentes. A resolução de problemas, em domínio imagísticos, demanda dos especialistas a aplicação intensiva de conhecimento visual, que corresponde ao conjunto de modelos mentais que suportam o processo de raciocínio sobre a informação associada ao arranjo espacial e outros aspectos visuais das entidades do domínio. O conhecimento visual geralmente corresponde à porção tácita do conhecimento dos praticantes do domínio, de modo que ele geralmente é utilizado de modo inconsciente, resistindo à verbalização explícita. Estas características do conhecimento visual são desafiadoras do ponto de vista de Engenharia do Conhecimento. O objetivo geral deste trabalho é delinear uma abordagem integrada para aquisição, modelagem, representação e raciocínio sobre conhecimento visual, do ponto de vista da Engenharia do Conhecimento. A interpretação visual é uma tarefa comum em domínios imagísticos, cuja resolução demanda dos especialistas um raciocínio que envolve a realização de um processo cognitivo que inicia com a percepção visual direta de características dos objetos já conhecidos no domínio, e que resulta em compreensões mais abstratas da cena observada, tais como: comportamentos dinâmicos dos objetos da cena, significado do contexto da cena, causas ou efeitos do estado de coisas capturado pela cena, etc. Desta forma, para realizar o objetivo geral, este trabalho assume como objetivo específico estudar e modelar o processo de raciocínio utilizado pelos especialistas para resolver tarefas de interpretação visual, bem como as próprias estruturas para representação de conhecimento inferencial utilizadas pelos especialistas em domínios imagísticos durante a realização deste tipo de tarefa. Os principais resultados deste trabalho são um modelo de raciocínio para resolução de tarefas de interpretação visual; um modelo de estrutura para representação de conhecimento inferencial, cognitiva e filosoficamente fundamentada, chamada pacote visual; e uma abordagem para aquisição de conhecimento visual e refinamento de ontologias. O estudo foi conduzido no domínio da Estratigrafia Sedimentar, com foco na tarefa de interpretação visual de processos deposicionais geradores de fácies sedimentares. Os modelos desenvolvidos no trabalho foram testados no domínio, alcançando resultados satisfatórios. Para isto, realizou-se também o refinamento de uma ontologia de domínio. Este processo foi realizado através da aplicação de diversas técnicas de aquisição de conhecimento em sessões com o especialista.

Imagistic domains are those in which problem-solving process begins with the recognition of domain objects trough the visual information captured, supporting more abstract interpretations in subsequent steps. The problem-solving process, in imagistic domains, is performed trough intensive application of visual knowledge, which corresponds to the set of mental models that support the process of reasoning about the information of the spatial arrangement and other visual aspects of the domain entities. The visual knowledge corresponds to a tacit kind of knowledge of practitioners in the field, so it is often used unconsciously, resisting to explicit verbalization. These characteristics of visual knowledge are challenging from the standpoint of Knowledge Engineering. The general aim of this work is to outline an integrated approach to acquisition, modeling, representation and reasoning, to handle visual knowledge, from the standpoint of Knowledge Engineering. The visual interpretation is a common task in imagistic domains, whose resolution demands a reasoning that involves a cognitive process that starts with the direct perception of visual features of objects, and results in abstract understandings of observed scene, such as dynamic behavior of objects in the scene, the meaning of the context of the scene, causes or effects of the state of affairs captured in the scene, etc. Thus, to achieve the overall goal, this work takes as a specific aim to study and model the reasoning process used by experts to solve tasks of visual interpretation, as well as the inferential knowledge structures applied by experts in imagistic domains to accomplish this type of task. The main results of this work are a model of reasoning for solving tasks of visual interpretation; a cognitive grounded model of structure for inferential knowledge representation, called visual chunk; and an approach to visual knowledge acquisition and refinement of ontologies, which explores the reasoning used by the expert as a tool to reveal the lack of important terms in the domain ontology. The study was conducted in the field of sedimentary stratigraphy, focusing on the task of visual interpretation of depositional processes responsible by the generation of sedimentary facies. The models developed in this work was tested in the domain, achieving satisfactory results. In order to apply our approach, a refinement of domain ontology was performed. This process was carried out by applying several techniques of knowledge acquisition in sessions with the expert.