Rappresentazione e ragionamento spaziale

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1 Rappresentazione e ragionamento spaziale Lezione del Corso Interazione Uomo Macchina 2, Docente Francesco Mele Corso di Laurea in Informatica Università di Napoli Federico II, Anno Accademico trave col1 col2 trave trave trave trave col1 col1 col1 col1

2 Tipi di relazione part-whole /olonomia-meronomia Componente - Oggetto (ramo/albero, altare/chiesa,..,); Membro - Collezione (albero/foresta, quadro_x/collezione_quadri,..,) Porzione - Massa (fetta, torta) Materiale - Oggetto (alluminio/aereoplano) Caratteristica - Attività (pagamento/shopping) Sito - Area (Roma-Lazio) Fase - Processo (adolescenza-crescita) Possono essere ridotti a quattro (IRIS) funzione - parte (Fase-Processo, Caratteristica-Attività) segmenti - parte (Componente-Oggetto, Sito-Area) collezione - membro (Componente-Oggetto, Materiale-Oggetto) sottinsieme - insieme (Porzione - Massa)

3 RELAZIONI PARTE-TOTALITA Winston, Chaffin e Hermann hanno proposto le relazioni chiamate WCH, definendo sei diversi tipi di relazioni. Tali relazioni sono distinguibili sulla base di tre criteri: funzionalità, omogeneità, separabilità. Componente/Oggetto: definisce la relazione tra oggetti composti e le loro parti. Le parti sono separabili ed hanno una loro funzionalità, per esempio altare/chiesa. Membro/Collezione: definisce la relazione di appartenenza ad una collezione. I membri non hanno un ruolo funzionale nella collezione e possono essere pertanto separati, ad esempio albero/foresta, colonna/colonnato. Porzione/Massa: definisce la relazione di aggregati omogenei. La massa è considerata come un insieme di parti aventi le stesse caratteristiche, e tali parti sono dello stesso tipo della totalità a cui appartengono e non sono separabili. Per esempio come visto precedentemente, fetta/torta. Materiale/Oggetto: definisce la relazione tra oggetti e il materiale di cui sono fatti. In questo caso il materiale non può essere separato dall oggetto, non ha funzionalità e non è omogeneo. Per esempio acciaio/bici. Caratteristica/Attività: definisce la fase di un attività. La fase, come un componente, ha una suo ruolo funzionale ma non è separabile. Per esempio pagamento/shopping. Sito/Area: definisce una relazione spaziale tra regioni occupate da differenti oggetti. Come porzione/massa, sito/area è omogenea, poiché ogni parte della regione è simile nella sostanza all intera regione, ma essa non può essere separata, per esempio oasi/deserto.

4 Meronomie /Olonomie Rappresentazioni Spaziali Part-Whole

5 Tre principali categorie per le relazioni spaziali Relazioni topologiche; Relazioni direzionali; Relazioni di prossimità

6 Una classificazione delle relazioni spaziali

7 Relazioni topologiche B è dentro A A B A copre B A B A è equivalente a B A B A incontra B A B B sovrappone A A B A disgiunto B A B

8 INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE (1) trave OGGETTO COMPOSTO portale [...formato_da->>{trave, col1, col2}, relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6}...] col1 col2 AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA: r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave]. trave trave trave trave col1 col1 col1 col1

9 INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE (2) trave OGGETTO COMPOSTO portale [...formato_da->>{trave, col1, col2}, relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6}...] col1 col2 AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA: r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave]. trave trave trave trave col1 col1 col1 col1

10 Relazioni di prossimità Rappresentano relazioni di distanza fra gli oggetti: possono essere qualitative e quantitative Qualitative: l edificio rosso si trova nei pressi (vicino/a pochi passi, etc) dall edificio azzurro Quantitative: l edificio rosso si trova a quindici metri dall edificio azzurro

11 Relazioni direzionali Ad esempio Longitudine, Latitudine Oppure qualitative del tipo:

12 Parti connesse e parti proprie

13 Parti sovrapposte (overlapping)

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15 Una domanda di interesse teorico: un individuo è uguale alla somma delle sue parti?

16 Relazioni spaziali costruite a partire da basi strutturate AAT ::= Art & Architecture Thesaurus E un vocabolario di risorse sviluppato da Paul Getty Trust - contiene più di termini strutturati per descrizioni di arte TGN ::= Getty Thesaurus for Geographic Names E un vocabolario strutturato di nomi di posti posti, ciascun ha un nome, un tipo, gran parte di essi possiede le coordinate del centro. I posti sono rappresentati gerarchicamente.

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19 L esempio del progetto OASIS

20 A partire dalle mappe breve digressione sul ragionamento spaziale I dominio dei beni culturali è denso di relazioni spaziali 1- Sito culturale Località geografica (Scavi Pompei Regione Campania) 2- Sito culturale Città (Museo Nazionale Napoli) 3- Bene culturale Sito culturale (Quadro Museo) 4- Locazioni Sito culturale (Stanza dei dipinti flamminghi Museo VG) Un contributo IA: esistono mappe o altri sistemi di interrogazione di relazioni spaziali che possiedono una rappresentazione formale sottostante ad interfacce tradizionali (ad esempio Harith Alani - Spatial and Thematic Ontologyin Cultural Heritage Information Systems, degree of Doctor of Philosophy)

21 Una rappresentazione per gli artefatti archeologici

22 La relazione sito - locazione geografica

23 La relazione Sito Culturale Città

24 Teorie formali soggiacenti a standard interfacce - interfacce di input interfacce di input

25 Teorie formali soggiacenti a standard interfacce - interfacce di output interfacce di output

26 L esempio in Protegé

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28 Oggetti composti in rappresentazioni ontologiche Travex Cx Cy

29 ISTANZE DI OGGETTI COMPOSTI: Descrizioni qualitative + Descrizioni quantitative + Regole di inferenze (I) trave OGGETTO COMPOSTO portale [...formato_da->>{trave, col1, col2}, relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6}...] col1 col2 RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave]. r2:sotto[obj1->col2,obj2->trave]. r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave]. r4:incontra[obj1->col2,obj2->trave]. r5:estremitadx[obj1->col2,obj2->trave]. r6:estremitasx[obj1->col1,obj2->trave]. Descrizioni qualitative

30 ISTANZE DI OGGETTI COMPOSTI: Descrizioni qualitative + Descrizioni quantitative + Regole di inferenze (II) ordinata(q,yq) :- _R1:sotto[obj1->P,obj2->Q], _R2:incontra[obj1->P,obj2->Q], incontra[obj1->p,obj2->suolo], altezza(q,hq), altezza(p, Hp), Yq is Hp + Hq/2. Q Hq Yq P Hp L inferenza stabilisce che Yq è il valore della ordinata Yq del baricentro di un oggetto Q se: l oggetto P sta sotto l oggetto Q, P incontra Q, P è posto sul suolo, si conoscono l altezza di Q e di P.

31 ISTANZE DI OGGETTI COMPOSTI: Descrizioni qualitative + Descrizioni quantitative + Regole di inferenze (III) ascissa(p,xp) :- _R1:estremitaDx[obj1->P,obj2->Q], ascissa(q,xq), larghezza(q,lq), larghezza(p,lp), Xp is Xq + Lq/2 Lp/2. Lq Lp Q P Xq Xp

32 Classi di ontologie come modello generativo (1) Variando dimensioni trave col1 col2

33 Classi di ontologie come modello generativo (2) trave Variando relazioni col1 col2 RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave]. r2:sotto[obj1->col2,obj2->trave]. r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave]. r4:incontra[obj1->col2,obj2->trave]. r5:estremitadx[obj1->col2,obj2->trave]. r6:estremitasx[obj1->col1,obj2->trave].

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35 Modelli di artefatti come gerarchia di relazioni spaziali

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40 Potenziali applicazioni delle tecniche di rappresentazione spaziale Interfacce di visualizzazione di mappe: integrazione di sistemi GIS con database di dati territoriali; Interfacce di visualizzazione di modelli 3D per l esplorazione ragionata di costruzioni meccaniche, oggetti di arte,.., (campi applicativi: didattiche, fruizione beni culturali,..,);

41 Proposta di progetto finale INTERFACCIA PER LA PRESENTAZIONE DI MAPPE TERRITORIALI A PIU LIVELLI Dal punto di vista della rappresentazione occorre: r1) realizzare il riuso delle occorrenze digitali; r2) separare le occorrenze digitali dai metatadati; r3) garantire l incrementabilità delle istanze; r4) utilizzare una rappresentazione spaziale qualitativa e quantitativa all interno del livello e fra livelli Dal punto di vista dell interfaccia int1) occorre costruire un interfaccia con mappe a più livelli: - si pensa al tal riguardo di orientarsi a tre particolari livelli città piazze/vie luoghi di vista. Dal punto di vista dell implementazione imp1) a riguardo del punto r2 le occorrenze devono essere contenute o in basi dati tradizionali mentre i metadati debbono essere gli elementi astratti di un ontologia. Per questo progetto occorre scegliere uno strumento che di visualizzazione di mappe.