Criatividade Computacional (CC) Criatividade Computacional a disciplina Contexto: grupo de Inteligência Artificial (IA), 2º ciclo, 2º Semestre Requisitos: disciplinas do grupo de IA do 1º ciclo (IA e TSI) coordenação: Joaquim Reis 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 [email protected] MCC/DCC, METI, MEI, MIGE sistema de e-learning do ISCTE-IUL: https://e-learning.iscte-iul.pt/ Departamento de Ciências e Tecnologias da Informação ISCTE Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 1 Criatividade Computacional sala edifício, professor 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 31-Mar-2012 (Sáb) 11:00-13:00 (T) Joaquim Reis 20-Abr-2012 (Sex) 14:00-18:00 (Tut) Joaquim Reis Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 2 a disciplina - conteúdos 11-Fev-2012 (Sáb) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE Criatividade Computacional a disciplina - plano de aulas dia / hora Fev-2012 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 (art., Lisboa) mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Creativity in Visual Composition, SIGDOC-2008). GSG – Generic Shape Grammars, shell / sistema com interpretador de gramáticas de forma. 3 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 4 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a disciplina - conteúdos a disciplina - conteúdos aulas de 11-Fev-2010 (prof. Joaquim Reis) - bibliografia: Fev-2012 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. Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 5 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. Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a disciplina - conteúdos a disciplina - conteúdos aulas de 18-Fev-2012 (prof. Amílcar Cardoso) - bibliografia: Fev-2012 aulas de 25-Fev-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) - prof. Penousal Machado: 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 KnowledgeBased Systems 19(7), 2006. Special Issue on Computational Creativity, Veale, A.; Gervás, P.; and Pease, A. New Generation Computing 24(3), 2006. Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 6 7 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) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 8 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a disciplina - conteúdos a disciplina - conteúdos aulas de 25-Fev-2012 (prof. Penousal Machado) - bibliografia: aulas de 03-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) - prof. Pedro Faria Lopes: 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 9 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a disciplina - conteúdos a disciplina - conteúdos aulas de 17-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) – inv. Carlos Fernandes: aulas de 10-Mar-2012 (Sáb) 09:00-13:00 (S) – profª. Alexandra Paio: Da Photographia à Pherographia — Arte, Tecnologia e Ciências da Complexidade Gramáticas de Forma 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. 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE 10 - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 11 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. Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 12 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a disciplina - conteúdos a disciplina - conteúdos 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. 91016, 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: Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 13 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a disciplina - avaliação a área de investigação Avaliação: 14 subárea de IA 1 trabalho teórico/exploratório história, conferências e.g., artigo publicável, texto (até 8 páginas) passadas ou (em alternativa): 1 trabalho prático/de implementação e.g., pequeno projecto apresentação/exposição (10 a 15 mins + 5 a 10 mins) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 15 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 16 Criatividade Computacional Criatividade Computacional a área de investigação a área de investigação subárea de IA subárea de IA história, conferências história, conferências passadas Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 passadas 17 Fev-2012 Criatividade Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 18 Inteligência Wikipedia (2009) Sternberg & Lubart (1999) capacidade mental geral que inclui capacidade de produzir ideias, ou trabalho novo – original, não esperado apropriado – útil, adequado a situação e a restrições tópico abrangente e importante raciocinar, planear, resolver problemas exprimir-se, usar a linguagem abstrair, compreender ideias complexas aprender, incluindo aprender com a experiência ao nível do indivíduo relevante na resolução de problemas no trabalho e no dia-a-dia intellegere - (lat.) compreender, diferente de ser ‘esperto’ ao nível da sociedade (i.e., capaz de se adaptar ao seu meio) relevante em descobertas científicas, invenções, movimentos artísticos novos, programas sociais novos creare – (lat.) trazer à existência, ou formar, do nada (também definição típica de dicionário). Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 19 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 20 Criatividade Criatividade tema pouco investigado em psicologia, porquê? tema pouco investigado em psicologia, porquê? Sternberg & Lubart (1999) Sternberg & Lubart (1999) Origens do estudo da criatividade numa tradição de misticismo e Problemas com a definição da criatividade e os critérios de Impressão transmitida por abordagens pragmáticas e comerciais à Abordagens cognitivas que vêm a criatividade como um resultado criatividade que fazem parecer o fenómeno da criatividade difícil ou então trivial. religiosidade (contra o espírito científico; fenómeno espiritual e não objectivizável) – v. Platáo, Kipling 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). 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. Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 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. 21 Fev-2012 Criatividade Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Criatividade e Inteligência porque foi um tema pouco investigado em psicologia? qual a relação? Sternberg & Lubart (1999) Sternberg & O’Hara (1999) 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. Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - 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. mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 22 criatividade – processo de conceber algo de novo e útil inteligência – capacidade de se adaptar a, configurar e escolher, ambientes, com um objectivo São a mesma coisa, ou não? Como se relacionam? 1. a criatividade é um ‘subconjunto’ da inteligência 2. a inteligência é um ‘subconjunto’ da criatividade 3. 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 23 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 24 Criatividade e Inteligência Criatividade e Inteligência criatividade como ‘subconjunto’ da inteligência criatividade como ‘subconjunto’ da inteligência Guilford (1950, 1967, 1970, 1975) Cattel (1971) 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): 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 a) operações – cognição, memória, produção divergente, produção convergente, avaliação b) conteúdo – figurativo, simbólico, semântico, comportamental c) 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Lista de capacidades primárias inclui (mais simples que Guilford): 25 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 Fev-2012 Criatividade e Inteligência Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 26 Criatividade e Inteligência criatividade como ‘subconjunto’ da inteligência inteligência como ‘subconjunto’ da criatividade Gardner (1983, 1993, 1995) Sternberg & Lubart (1991, 1995, 1996) Teoria das ‘multiple intelligences’ (MI, 8) Teoria do investimento - há um potencial de criatividade para cada indivíduo que advém de: as pessoas podem ser inteligentes de várias modos, incluindo modos criativos (um subconjunto) 8 inteligências: a. b. c. d. e. f. linguística (escrever um poema ou uma histórias curta) matemática e lógica (resolver um problema de lógica ou fazer uma prova matemática) espacial (orientação numa cidade/mapa desconhecidos) cinestesico-corporal (dança, atletismo) musical (compor uma sonata, tocar um instrumento) 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) potencial inicial/inato potencial devido a investimentos activos em capacidades criativas pessoas criativas são como bons investidores: compram baixo e vendem alto geram ideias pouco populares (e desprezadas?), convencem os outros do valor delas e deixam que as sigam, quando já se encaminham para outras ideias. 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 ?) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 27 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 28 Criatividade e Inteligência Criatividade e Inteligência inteligência como ‘subconjunto’ da criatividade inteligência como ‘subconjunto’ da criatividade Sternberg & Lubart (1991, 1995, 1996) Smith (1970, 1971) 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 2) 3) 4) 5) 6) Fev-2012 Hierarquia de Smith há uma taxonomia que pressupõe que os processos cognitivos se distribuem por uma continuidade hierárquica e cumulativa, abrangendo: prosseguir) capacidades práticas (capacidade de aplicar as capacidades intelectuais em contextos do dia-a-dia) conhecimento, compreensão, aplicação, análise (que requerem capacidades intelectuais) síntese e avaliação (que requerem capacidades criativas) conhecimento (inteligência cristalizada, de especialista) estilos de pensamento (preferência por pensar de modo inovador, em vez de seguir a multidão) personalidade (pode permitir, ou não, a preferência por certo estilo de pensamento) motivação (necessária para prosseguir e enfrentar obstáculos a empreendimentos criativos) meio (o ideal é um meio onde se minimizam os obstáculos e riscos e onde há prémios para os que aceitam os riscos) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 29 testado por Leon Smith (‘Taxonomy of Educational Objectives’, Bloom) nota: devido às categorias serem cumulativas na hierarquia, a inteligência é um subconjunto da criatividade Fev-2012 É a perspectiva mais convencional (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 inteligência de criatividade: O modelo dos 3 anéis (Renzulli (1986)) mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 31 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)) A sobreposição das duas representa respostas que são correctas e boas - 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)) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE 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) 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 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.) Respostas/soluções correctas vs. boas (Shouksmith (1973)), distingue Fev-2012 30 Os génios de Cox (Cox (1926)) Existem semelhanças e diferenças entre a criatividade e a inteligência mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 criatividade e inteligência ‘intersectam-se’ criatividade e inteligência ‘intersectam-se’ - Criatividade e Inteligência Criatividade e Inteligência Joaquim Reis, DCTI - ISCTE Fev-2012 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 inteligência estas confirmam a ‘intersecção’ entre criatividade e inteligência Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 32 Criatividade e Inteligência Criatividade e Inteligência criatividade e inteligência ‘coincidem’ criatividade e inteligência são ‘disjuntas’ Hensley & Reynolds (1989), propõem que criatividade e inteligência devem ser vistos como um fenómeno unitário a criatividade uma expressão da inteligência Weisberg (1986, 1988, 1993) e Langley (1987), argumentam que os mecanismos por detrás 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 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 33 Fev-2012 Criatividade e Inteligência Torrance (1963), em testes similares aos de Getzels &Jackson 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) mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 34 ideia criativa vs. ideia (apenas) nova os efeitos da prática – são uma razão pela qual certos - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 O que é a criatividade? (1962) conclui igualmente que a inteligência e a criatividade estão relacionadas apenas moderadamente Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - Criatividade criatividade e inteligência são ‘disjuntas’ Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE 35 que diferença? que critério? Como é a criatividade possível? Questões acerca da criatividade humana podem ser respondidas usando conceitos computacionais (?) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 36 Tipos Gerais de Criatividade Criatividade e Ideias Criativas Boden (1990) Quanto mais claramente se define um espaço conceptual melhor se identificam as ideias criativas Criatividade “improbabilística” Combinações novas de ideias familiares Combinações valorizadas 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 Criatividade “impossibilística” A modelação computacional pode ajudar a definir um espaço ideias completamente novas no espaço conceptual de referência conceptual e a mostrar como ele pode ser mapeado, explorado e transformado (espaço conceptual = objectos+formas de combinação+restrições) Originadas por mapeamento, exploração e transformação do espaço conceptual A compreensão científica da criatividade não evita que admiremos ideias criativas, nem as torna previsíveis (desmistificação não implica desumanização) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 37 Fev-2012 O Mistério da Criatividade Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 38 O Mistério da Criatividade A criatividade está por detrás de obras de artistas, Criação – acto de trazer à existência, ou dar forma, a cientistas e inventores partir do nada (definição de dicionário) Não se sabe bem como as ideias originais aparecem Explicado frequentemente: pela inspiração divina pela intuição romântica pela visão interior A intuição está envolvida – mas o que é a intuição? (nem a psicologia explica bem) A imprevisibilidade aparente da criatividade parece Podem estas questões ser melhor compreendidas com desafiar qualquer explicação metódica (científica ou histórica) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 a ajuda de conceitos da informática/computação? 39 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 40 Criatividade e Computação O Mistério da Criatividade Questões 1. Podem conceitos computacionais ajudar na compreensão da Mas o que é que os computadores têm a ver com a criatividade humana? criatividade? 2. Pode o computador, agora ou no futuro, parecer ser criativo? 3. Pode o computador, agora ou no futuro, parecer reconhecer Geralmente assume-se que nada têm a ver (assume-se que têm a ver com rigor) criatividade? “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!?) - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Questões 1 a 3 são empíricas, científicas a resposta tende a ser “sim” Filósofos/cientistas a favor/contra a IA (forte) – consciência, pensamento (e criatividade): só num cérebro humano? criatividade e computadores Joaquim Reis, DCTI - ISCTE desempenho, ser realmente criativo? Questão 4 é filosófica e (altamente) controversa Mas isto não elimina relações interessantes entre Fev-2012 4. Pode o computador, por mais impressionante que seja o seu 41 Abordagens Históricas Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 42 Exemplos de Criatividade Humana 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 a “visão interior” envolve capacidades comuns, do dia-a-dia, como reparar e lembrar 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 - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Órbita elípitca dos planetas (Johannes Kepler, séc.XVII) Prelúdios e fugas (Johann Sebastian Bach, séc.XVIII) sequência de acordes Koestler (1975) – “Bissociação” de matrizes (obscuro/vago?) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE August Kekulé von Stradonitz, séc.XIX) O improviso de melodias no jazz em torno de uma uma “visão interior”, um “dom” especial Fev-2012 Descoberta da estrutura cíclica do benzeno (Friedrich 43 A capacidade de reconhecermos que duas maçãs diferentes são objectos da mesma classe Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 44 Criatividade Improbabilística Tipos de Criatividade eixo combinação/transformação Boden (1990) Eixo combinação/transformação: criatividade “improbabilística” criatividade “impossibilística” 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? Eixo individual/social: (aplica-se mais à criatividade impossibilística) P-criatividade - Tipo P, criatividade pessoal/psicológica H-criatividade - Tipo H, criatividade histórica Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 45 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Criatividade Impossibilística P-Criatividade eixo combinação/transformação eixo individual/social Ideias criativas são radicalmente novas Criatividade pessoal, ou psicológica São ideias novas que não só não apareceram antes como não podiam ter Uma ideia é P-Criativa se a pessoa em cuja i.e., são novas de maneira mais profunda (não são apenas combinações novas de ideias familiares) 46 mente ocorre não a teve/não a poderia ter tido antes 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) Não importa se, e quantas vezes, outras pessoas tiveram a mesma ideia antes Restrições não se opõem à criatividade, mas tornam-na possível (restrições opõem-se à imprevisibilidade) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 47 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 48 H-Criatividade Criatividade - Questões eixo individual/social duas questões diferentes: Criatividade histórica Uma ideia é H-Criativa se é P-Criativa e ninguém mais, Dada uma ideia, na história humana, a teve antes decidir se é uma ideia criativa ou não H-Criatividade presta-se a muitos erros na história da ciência e da arte descobriram-se muitos casos de descoberta de ideias criativas antes do que era aceite até certa data Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 49 Criatividade e “Mapas Mentais” mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 50 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) 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? - Fev-2012 Isto pode compreender-se em termos de mapeamento, exploração com respeito ao processamento mental usual no domínio (química, poesia, música, etc.), uma idéia criativa (parece) impossível Joaquim Reis, DCTI - ISCTE encontrar o processo generativo que a originou Criatividade e “Mapas Mentais” Criatividade “impossibilística” Fev-2012 Dada uma ideia, “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 51 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 52 Criatividade e “Mapas Mentais” 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) 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 transformação Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 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: O desenvolvimento de “redescrições representacionais” é um exercício de Fev-2012 Espaços conceptuais podem ser explorados: 53 Por alterações superficiais, ou profundas/estruturais ultrapassando limitações/restrições e.g., desaparecimento da nota dominante na música ocidental pós-Renascimento (Schoenberg), descoberta de moléculas circulares (Kekule) Fev-2012 Criatividade, “Mapas Mentais” e Psicologia Computacional 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 mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 54 artigo “Using Rules for Creativity in Visual Composition” 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 - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 GEOWIN geração de padrões visuais baseada em regras estas questões Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - exemplo 1 Psicologia computacional/cognitiva pode ajudar na abordagem a Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE no SIGDOC 2008 26th ACM International Conference on Design in Communication 55 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 56 Computers and Creativity (SIGDOC-2008) Musical arts Using Rules for Creativity execution (e.g., synthesizers) analysis, synthesis (assisted / automatic composition) in Visual Composition Literary arts (SIGDOC-2008) 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) Joaquim Reis Visual arts [email protected] drawing, animation design, painting, analysis and synthesis of styles Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 57 Fev-2012 rules Describe recursive computations with visual shapes Based on (grammar) rules Can be used to represent styles pre-condition mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 58 (SIGDOC-2008) (SIGDOC-2008) => - Shape Grammars (examples) Shape Grammars <shape-to-match> Joaquim Reis, DCTI - ISCTE generation => -> ... -> <substitution-shape> action => -> (analogy with NL systems) -> ... vocabulary of shapes, e.g., points, lines, 2D, 3D shapes (may include dimensions, colors) rules of the grammar Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE => - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 59 Fev-2012 -> Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - -> ... mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 60 Agents with Style (i) Agents with Style (ii) (SIGDOC-2008) (SIGDOC-2008) An agent is a situated entity that perceives the environment and acts on it inference engine Idea: encapsulate shape grammars in agents Each agent has its own style (set of shape grammar rules) Agents participate in the composition generation agents (forward-chaining) rule memory working memory multi-agent generation process (composition) Different coordination forms cooperation ... ... emergence?: Fev-2012 competition less Joaquim Reis, DCTI - ISCTE composition more - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 61 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - Agents with Style (iii) Agents with Style (iv) (SIGDOC-2008) (SIGDOC-2008) => => => => => => => => => => agents & shape grammars Joaquim Reis, DCTI - ISCTE 62 agente & shape grammars composition Fev-2012 mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 composition 63 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 64 Work in Progress (i) Work in Progress (ii) (SIGDOC-2008) (SIGDOC-2008) GEOWIN GEOWIN rule example (1) a system for 2D visual pattern generation based on the concept of shape grammar how it works: Given initial shapes Generation through successive shape grammar rule application (no agents yet) small scale prototype (written in Common Lisp/CLOS) architecture components/modules: FC GEO SG Fev-2012 forward-chaining rule based system rule language, shape grammar rule representation 2D shape representation & shape I/O programatic interface, FC & GEO integration Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 65 (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) ; parameters for generation (rh-delta ?delta) (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 Fev-2012 Work in Progress (iii) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 66 (SIGDOC-2008) GEOWIN rule example (2) Fev-2012 mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Work in Progress (iv) (SIGDOC-2008) (r2 "Horizontal rectangle and square rule." (and (rectangle ?x1 ?y1 ?x2 ?y2 ?color ?filledp) ; rectangle ; recognition (is ?length (- ?x2 ?x1)) (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) (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)) ; limits (x-min ?xmin) (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-green t)) ; new square - GEOWIN rule example (3) (r3 "Square rule." (and (rectangle ?x1 ?y1 ?x2 ?y2 ?color ?filledp) ; square ; recognition (is ?a (- ?x2 ?x1)) (is ?height (- ?y2 ?y1)) (= ?a ?height) (rq-amin ?amin) (>= ?a ?amin) ; parameters for generation (rq-delta ?delta) (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))) ; limits (x-min ?xmin) (x-max ?xmax) (y-min ?ymin) (y-max ?ymax) (<= ?xmin ?x1a ?x2a ?xmax) ; limits verification (<= ?ymin ?y1a ?y2a ?ymax)) -> (rectangle ?x1a ?y1a ?x2a ?y2a green t)) ; new square 67 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 68 Work in Progress (vi) Work in Progress (v) (SIGDOC-2008) (SIGDOC-2008) GEOWIN rule example (5) GEOWIN rule example (4) (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) (rh-ratio-min ?rmin) (rh-ratio-max ?rmax) (<= ?hmin ?height ?hmax) (<= ?rmin (/ ?length ?height) ?rmax) (rectangle ?xq1 ?yq1 ?xq2 ?yq2 ?color2 ?fillp2) ; square ; recognition (is ?a (- ?xq2 ?xq1)) (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) ; coordinates for new circle (is ?r (eval (floor (/ (- ?height (* 3 ?delta)) 2)))) (> ?r 0) (is ?xc (+ ?xr1 ?delta ?r)) (is ?yc (+ ?yr1 (* 2 ?delta) ?r))) -> ; new circle (circle ?xc ?yc ?r dark-blue t)) Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 (r5 "Vertical bar (rectangle) rule." (and (rectangle ?x1 ?y1 ?x2 ?y2 ?color ?filledp) ; rectangle (is ?length (- ?x2 ?x1)) ; recognition (is ?height (- ?y2 ?y1)) (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-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 light-gray t)) ; new rectangle 69 Fev-2012 Work in Progress (vii) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 70 Work in Progress (viii) (SIGDOC-2008) GEOWIN composition example (SIGDOC-2008) domain ontology (2D) points & position relations between points segments & position relations rectangular shapes & position relations Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 71 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 72 Work in Progress (ix) (SIGDOC-2008) relations for segments on an axis ontology: x-before(a,b) xa1 xa2 xb1 xb2 a b x-meets(a,b) xa1 a (shown for the x axis only) xa2 xb1 xb2 x-overlaps(a,b) xb1 xa1 xa2 xb2 a b x-inside(a,b) xb1 xa1 xa2 xb2 b x-ends(a,b) a b x-equals(a,b) x-equals(b,a) xa xb11 xb2 xb2 xa2 a b a x-contains(a,b) x x-ended-by(a,b) b xa1 xb1 x b xa xb22 a xa1 xa2 xb1 xb2 1 axis: 13 relations x ontology: relations for rectangular shapes on the plane xa1 xa2 xb1 xb2 y ya2 1 relation on 1axis: 13 relations on the other axis (total: 13x13 relations) b x a x Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - a b xa1 xa2 xb1 xb2 a ya2 yb2 b x y y-ended-by(a,b) ya1 Fev-2012 x y ya2 yb2 yb1 yb1 73 b yb1 ya1 xa1 xa2 xb1 xb2 yb2 ya2 a xa1 xa2 xb1 xb2 b y a b ya1 x xa1 xa2 xb1 xb2 x y yb2 ya2 mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 x y-contains(a,b) xa1 xa2 xb1 xb2 a b yb1 ya1 mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 74 x exemplo 2 (SIGDOC-2008) Improve FC subsystem (rules & pattern matching) Shape representation and manipulation (shape GSG arithmetics, similarity transformations, maximal shapes) Interface refinement (shape and rule editor) Style representation using shape grammars Agents and agent activity coordination Generic Shape Grammars an expert system shell for shape grammars relatório técnico 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 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE yb2 ya1 yb1 ya1 yb1 y-ends(a,b) x y ya2 a y yb2 ya2 b xa1 xa2 xb1 xb2 y-started-by(a,b) xa1 xa2 xb1 xb2 x a yb1 yb2 x Future Work (xi) Fev-2012 yb2 ya1 x x y ya2 b xa1 xa2 xb1 xb2 xa1 xa2 xb1 xb2 a ya1 y-equals(a,b) y-equals(b,a) - x y-overlapped-by(a,b) yb2 y-starts(a,b) b yb1 y ya2 yb1 x a yb 2 ya1 yb1 ya1 x Joaquim Reis, DCTI - ISCTE ya2 b a xa1 xa2 xb1 xb2 y-overlaps(a,b) b xa1 xa2 xb1 xb2 y y-met-by(a,b) yb2 a yb1 x y ya2 yb1 y-inside(a,b) xa1 xb1 xb2 xa2 a xb1 xb2 xa1 xa2 a b xa2 ya2 ya1 yb2 ya1 y-meets(a,b) y y-after(a,b) b ya1 a x-started-by(a,b) x x a x-overlapped-by(a,b) xb xa xb xa 1 1 2 2 a xb1 xa1 b Fev-2012 b b x-starts(a,b) xb2 xa1 xa2 xb1 x x yb1 ya2 x a x-met-by(a,b) b xa1 xb1 xa2 xb2 a xb1 xb2 xa1 xa2 b y yb2 (SIGDOC-2008) x-after(a,b) x y-before(a,b) (shown for the x-before relation only) Work in Progress (x) - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 Fevereiro de 2011 ISCTE-IUL 75 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 76 contents GSG Generic Shape Grammars GSG project key ideas technologies & tools computational system architecture technologies and computational system architecture for an expert system shell for shape grammars Joaquim Reis [email protected] ISCTE-IUL Dept. Ciências e Tecnologias de Informação Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 77 Fev-2012 Shape Grammars (SG) 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) interface with different modes, e.g., common, domain-specialist, system/domain&system-specialist e.g., product design, architecture, creative composition, education synthesis of designs into SGs Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - 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) => -> generation: human (computer supported), computer and mixed mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 78 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.: Support generic work with SGs parsing, spatial relations driven mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 shape grammars Generic extensible software tool to support generic work with style extraction & representation - GSG technology (i) GSG project goals & key ideas analysis of designs Joaquim Reis, DCTI - ISCTE 79 -> ... 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 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 80 GSG technology (i) GSG technology (i) shape grammars: research resources shape grammars: research resources – implementation & practical oriented For an implementation: Agarwal, M and Cagan, J. (1998), A blend of different tastes: the language of coffeemakers. internal representations & processes (i.e., data structures & algorithms) adequate interfaces are very important Krishnamurti, R. (1992), The arithmetic of maximal planes. Celani, G. (2003), CAD Criativo. Krishnamurti, R. and Earl, C. F. (1992), Shape recognition in three dimensions. Chase, S. C. (1989), Shapes and shape grammars: from mathematical model to computer implementation. Krishnamurti, R. and Stouffs, R. (1997), Spatial change: continuity, reversibility,and emergent shapes. Chase, S. C. (2002), A model for user interaction in grammar-based design systems. Li, Andrew I-kang, Chen, Liang, Wang, Yang, Chau, Hau Hing (2009), Editing Shapes in a Prototype Two- and Three-dimensional Shape Grammar Environment. Chau, H. H. (2004), Evaluation of a 3D Shape Grammar Implementation. But important as well are theoretical and conceptual aspects of SGs Liew, Haldane (2004), SGML: A Meta-Language for Shape Grammars. Chien, S.-F., Donia, M., Jnyder, J. and Tsai, W. J. (1998), SGCLIPS: A System to Support the Automatic Generation of Designs from Grammars. 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) Duarte, J. P. (2005), Towards the mass customization of housing: the grammar of Siza's houses at Malagueira. McCormack, Jay P., Cagan, Jonathan (2006), Curve-based shape matching: supporting designers' hierarchies through parametric shape recognition of arbitrary geometry. Duarte, J. P. (2005), A Discursive Grammar for Customizing Mass Housing: the case of Siza's houses at Malagueira. McGill, Miranda and Knight, Terry (2004), Designing Design-Mediating Software - The Development Of Shaper2D. Gero, J. S. and Yan, M. (1993), Discovering emergent shapes using a data-driven symbolic model. 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Take advantage of Artificial Intelligence (AI) techniques mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 LispWorks & KnowledgeWorks RBS shell with forward chaining & backward chaining (Prolog on Lisp) Java & Jess, ... 83 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 84 GSG system architecture (ii) GSG system architecture (ii) visual symbolic / api interface geom rbs kb Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 85 Fev-2012 GSG system architecture (ii) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 86 GSG system architecture (ii) programatic shape & rule input/output/edition SG interpreter visual shape & rule input/output/edition SG interpreter visual symbolic / api interface rbs kb Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 87 Fev-2012 inference engine symbolic reasoning with shapes & spatial relations facts & rules shapes & SG rules spatial relations Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - geom shapes & SG rules ) shape operations ( maximal shape reduction shape transformations spatial relations mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 88 GSG technology (iii) GSG technology (iii) computer science: DAI & MAS computer science: DAI & MAS In a SG system, and at least non-trivial design problems and for an advanced 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: 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) 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. Fev-2012 (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 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 89 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) Fev-2012 GSG technology (iii) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 90 GSG system architecture (iii) computer science: DAI & MAS A modularizing option for the advanced user can be borrowed from the visual Multi-Agent Systems (MAS) technology, of the area of Distributed Artificial Intelligence (DAI) (Weiss 1999) symbolic / api interface G1 MAS technology is centered around autonomous (intelligent/proactive a11 kb11 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. ... geom a1n1 kb1n1 ... Gm am1 kbm1 ... amnm kbmnm rbs kb Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 91 Fev-2012 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 92 Criatividade Computacional Criatividade Computacional propostas de trabalhos de projecto (i) propostas de trabalhos exploratórios (ii) 5. Implementação de Gramáticas de Forma num Contexto de Sistema de CAD 1. Interface Interactiva de Formas e Regras de Gramática de Forma Escolha do sistema de CAD e respectiva interface programática apropriados Implementação do sistema de processamento de gramáticas 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 6. Criatividade e Computação Criativa: Teorias, Modelos, Ferramentas, Aplicações 2. Sistema Baseado em Regras para Gramáticas de Forma Revisão de teorias e modelos sobre a criatividade e o processo criativo no contexto da criatividade computacional Explorar e descrever alguns sistemas e ferramentas computacionais seleccionados que aplicam algumas das teorias e modelos 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 Fev-2012 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 Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 93 Fev-2012 Referências (i) Joaquim Reis, DCTI - ISCTE - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 - mestrados de MCC, METI, MEI, MIGE, 2011-2012 94 Referências (ii) 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. 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