Em dom´ınios visuais como a Medicina, a Meteorologia e a Geologia, as tarefas sa˜o realizadas atrave´s de uma aplicac¸a˜o intensiva do conhecimento visual dos especialistas. A natureza ta´cita do conhecimento visual impo˜e muitos desafios para Cieˆncia da Computac¸a˜o em termos de aquisic¸a˜o, modelagem, representac¸a˜o e racioc´ınio. Neste trabalho ser a´ apresentada uma abordagem para aquisic¸a˜o de conhecimento visual e refinamento de ontologias em dom´ınios visuais. Esta abordagem foi elaborada no contexto do projeto Obaita´, durante o processo de refinamento de uma ontologia de dom´ınio para a Estratigrafia Sedimentar.
atender a`s demandas levantadas pela tarefa de interpretac¸ a˜o dos processos deposicionais.
Com isso, nosso foco imediato e´ o refinamento da ontologia para atender a`s demandas
de sistemas baseados em conhecimento que viabilizem a descric¸a˜o visual dos objetos de
dom´ınio (em func¸ a˜o da conceitualizac¸a˜o utilizada pela comunidade)[
A tarefa de interpretac¸a˜o de processos deposicionais depende do conhecimento
das feic¸ o˜es visuais de interesse e do conhecimento inferencial que possibilita que o
especialista estabelec¸a a relac¸ a˜o entre tais feic¸ o˜es visuais (tomadas como evideˆncias) e a
interpretac¸a˜o correspondente. Uma vez que uma parcela considera´vel deste conhecimento
visual e´ conhecimento t a´cito [
Na sec¸a˜o 2 sera´ apresentado o dom´ınio da Estratigrafia Sedimentar e seus principais objetos. Na sec¸a˜o 3 apresentaremos a nossa abordagem de aquisic¸a˜o de conhecimento visual e refinamento de ontologias. Na sec¸a˜o 4, apresentaremos um caso de uso desta abordagem o dom´ınio. Na sec¸ a˜o 5, apresentaremos algumas considerac¸ o˜es finais.
A Estratigrafia Sedimentar e´ uma sub-a´rea da Geologia que estuda as camadas que comp o˜em a Terra e busca determinar a hist o´ria da sua formac¸a˜o. Para alcanc¸ar este objetivo, o estudo inicia com a descric¸a˜o visual de corpos de rocha. Estes, podem ser testemunhos de sondagem, que sa˜o cilindros de rocha retirados da subsuperf´ıcie terrestre por perfurac¸a˜o; ou afloramentos , que sa˜o exposic¸ o˜es rochosas em superf´ıcie. A descric¸ a˜o destes corpos envolve discretiza´-los em fa´cies sedimentares e descrever as caracter´ıticas visuais (atributo visual e valor) relevantes de cada uma delas. A f a´cies sedimentar e´ uma dada porc¸a˜o de um corpo de rocha, visualmente distingu´ıvel das porc¸ o˜es adjacentes. No dom´ınio, assume-se que cada f a´cies observada e´ o resultado de um determinado processo deposicional, que e´ um evento que envolve a interac¸a˜o complexa entre forc¸as naturais e sedimentos. A partir da informac¸a˜o visual contida na descric¸a˜o de cada fa´cies o especialista oferece uma interpretac¸a˜o de um poss´ıvel processo deposicional respons a´vel por gera´-la. Em passos subsequentes, estes processos deposicionais interpretados sa˜o utilizados para reconstruir a hist o´ria geol o´gica que resultou na formac¸a˜o geol o´gica analisada.
A abordagem aqui proposta foi sugerida por duas constatac¸ o˜es: • Uma ana´lise de casos (descric¸ o˜es visuais de fa´cies associadas a` interpretac¸a˜o do processo deposicional gerador correspondente) dispon´ıveis na literatura revelou informac¸ o˜es visuais que na˜o poderiam ser descritas com base na ontologia em foco, em seu atual esta´gio de desenvolvimento. Isto sugeriu que a ontologia na˜o oferecia uma representac¸a˜o suficiente da conceitualizac¸a˜o do dom´ınio. • Quando o especialista observa diretamente uma fa´cies in loco, ele tem a` disposic¸a˜o todo o conhecimento visual que potencialmente pode ser obtido a respeito da fa´cies. Isto permite que ele realize a interpretac¸a˜o do processo deposicional formador da fa´cies, do modo mais adequado poss´ıvel. Por outro lado, quando delegamos a tarefa de interpretac¸a˜o para um procedimento computacional, os u´nicos recursos dispon´ıveis para processamento s a˜o as descric¸ o˜es simb o´licas das feic¸ o˜es visuais da fa´cies, oferecidas pelo ge o´logo, representadas computacionalmente de acordo com a ontologia de dom´ınio.
A partir destas constatac¸ o˜es, consideramos a hip o´tese de que submeter o especialista a`s mesmas limitac¸ o˜es impostas a` ma´quina quando ela realizaria esta mesma tarefa, permitira avaliar a ontologia, bem como revelar uma parcela importante da conceitualizac¸a˜o do dom´ınio que eventualmente n a˜o estaria contemplada por ela. Tendo isto em mente, concebemos uma abordagem para aquisic¸ a˜o de conhecimento visual e refinamento de ontologias de dom´ınio guiada por resoluc¸ a˜o de problemas em contextos de informac¸ o˜es limitadas. Em termos gerais, esta abordagem utiliza o racioc´ınio de resoluc¸a˜o de problemas realizado pelo especialista como um meio indireto para avaliar a sufic ieˆncia da conceitualizac¸a˜o representada na ontologia, oportunizando a identificac¸a˜o de lacunas de conceitualizac¸a˜o e a posterior eliciac¸a˜o desta conceitualizac¸a˜o junto ao especialista. Na Figura 1 a abordagem e´ representada de forma esquema´tica. Parte-se de um conjunto de casos selecionados da literatura (a) resultante de um processo de selec¸ a˜o de casos, previamente realizado. Para cada caso (b), realiza-se a traduc¸ a˜o (3) da descric¸a˜o visual do objeto (n a˜o estruturada) (b) para uma versa˜o estruturada (c) (5), em func¸a˜o da ontologia de dom´ınio (d). E´ importante salientar que este processo de traduc¸a˜o pode na˜o preservar toda a informac¸a˜o da descric¸a˜o original, uma vez que a ontologia de dom´ınio pode na˜o suportar parte da conceitualizac¸a˜o necessa´ria. A descric¸ a˜o estruturada (c) e´ submetida enta˜o ao especialista (f), para que ele realize a interpretac¸ a˜o (4) desta informac¸a˜o. Neste ponto, interpretac¸a˜o refere-se ao processo de racioc´ınio utilizado pelo especialista para resolver o problema em foco. O produto desta etapa e´ uma interpretac¸ a˜o do especialista (e), realizada a partir das informac¸ o˜es limitadas em (c). A seguir, identifica-se (5) a interpretac¸ a˜o do caso (g), a partir do caso descrito de forma na˜o estruturada (b). Enta˜o, verifica-se a correspondeˆncia (6) entre a interpretac¸ a˜o do especialista (e) e a interpretac¸ a˜o original (g). No caso de haver correspondeˆncia, o processo termina. No caso de na˜o haver correspondeˆncia, ha´ uma chance da discordaˆncia ter ocorrido devido a uma insufic ieˆncia da ontologia em representar uma parcela da conceitualizac¸a˜o, inviabilizando a estruturac¸a˜o de informac¸o˜es relevantes contidas no registro original. Por esta raza˜o, busca-se identificar(7) conhecimento faltante (h) na ontologia de dom´ınio (d). Isto pode ser feito perguntando-se ao especialista que tipo de informac¸a˜o seria necessa´ria para suportar a interpretac¸a˜o original; ou apresentando a descric¸a˜o original ao especialista, de modo que ele possa identificar algum conceito necessa´rio para ajustar informac¸oes que esta˜o na descric¸a˜o original, mas que na˜o foram mantidos na descric¸a˜o estruturada (devido a uma poss´ıvel defici eˆncia da ontologia). No caso de algum conhecimento faltante (h) ser identificado, ocorre o refinamento(8) da ontologia, atrave´s da incorporac¸a˜o deste novos conhecimento. O resultado do processo, ao fim da etapa (8), e´ uma ontologia de dom´ınio refinada, em relac¸a˜o ao seu esta´gio inicial.
Figura 1. Representa c¸ a˜o esquem a´tica da abordagem proposta
Para realizar uma sessa˜o de aplicac¸a˜o da abordagem com o especialista, primeiramente foram selecionados casos dispon´ıveis na literatura, cada qual constitu ´ıdo por uma descric¸ a˜o das feic¸o˜es visuais de uma fa´cies sedimentar e de uma interpretac¸a˜o destas feic¸o˜es. Um exemplo de descric¸a˜o selecionada da literatura e´ apresentado na Tabela 1, tal como ela esta´ publicada (de forma na˜o estruturada). Em um segundo passo, esta descric¸a˜o foi traduzida para uma versa˜o estruturada, usando os termos previstos pela ontologia em desenvolvimento, com o aux´ılio de dois ge o´logos em formac¸a˜o que conheciam a ontologia. Na Tabela 2 apresenta-se a versa˜o estruturada. Neste esta´gio do desenvolvimento da ontologia, a versa˜o traduzida contemplava apenas as informac¸o˜es que poderiam ser descritas com o atributo “Moda” e a “Estrutura Sedimentar”, as demais informac¸ o˜es da descric¸a˜o foram consideradas “Observac¸ o˜es adicionais”, umas vez que n a˜o puderam ser descritas estruturadamente pela ontologia. Ale´m destas informac¸o˜es, a Tabela 2 tambe´m apresenta a interpretac¸a˜o oferecida pela literatura, na coluna “Interpretac¸ a˜o referencial”, enquanto na coluna “Interpretac¸ a˜o do especialista” e´ apresentada a interpretac¸a˜o que o especialista realizou, sem ter acesso a`s informac¸o˜es descritas na coluna “Observac¸ o˜es adicionais”. Na fase de verificac¸ a˜o de correspondeˆncia, constatou-se uma diferenc¸a sutil entre as interpretac¸ o˜es. Na fase de verificac¸a˜o de conhecimento faltante, as informac¸ o˜es rotuladas como “Observac¸ o˜es adicionais” foram reveladas para o especialista, que constatou a relevaˆncia das informac¸ o˜es na˜o estruturadas para suportar a interpretac¸a˜o original (do caso selecionado). Dentre essas informac¸ o˜es, a informac¸a˜o “Cascalho sustentado pelos clastos” revelou o atributo “Suporte de f a´brica”, do qual “Suportado por clastos” e´ um dos seus valores; enquanto a informac¸a˜o “clastos comumente imbricados” revelou o atributo “Orientac¸ a˜o de Fa´brica”, do qual “Imbricado” e´ um dos valores. Uma vez revelados os atributos, o especialista listou outros valores poss´ıveis para ambos. Com isso, realizamos o refinamento da ontologia, considerando estes dois novos atributos, e os seus respectivos valores poss´ıveis. A Tabela 3 apresenta a mesma descric¸ a˜o de fa´cies, a partir da ontologia revisada. Comparando as Tabelas 1, 2 e 3, e´ poss´ıvel notar que as informac¸ o˜es tornam-se cada vez mais estruturadas ao longo das etapas, como consequeˆncia do refinamento da ontologia, atrave´s da incorporac¸a˜o de novos atributos e valores.
Descric¸a˜o Cascalhos sustentados pelos clastos, com estratificac¸a˜o horizontal pouco definida e clastos comumente imbricados Interpretac¸a˜o Barras longitudinais; depo´sitos residuais Tabela 1. Exemplo de descri c¸ a˜o de f a´cies encontrada na literatura. Descri c¸ a˜o n a˜o estruturada Moda Cascalho
Estrutura Sedimentar Estratificac¸a˜o horizontal
Observac¸o˜es adicionais Cascalho sustentado pelos clastos, clastos comumente imbricados, estratificac¸a˜o horizontal pouco definida
Interpretac¸a˜o referencial Barras longitudinais
Interpretac¸a˜o do especialista Corrente trativa movendo cascalho, provavelmente barras longitudinais Tabela 2. Exemplo de descri c¸ a˜o de f a´cies submetida ao especialista. Estruturada de acordo com a ontologia em desenvolvimento
Moda Cascalho
Estrutura Sedimentar Estratificac¸a˜o horizontal
Suporte de Fa´brica Suportado por clastos
Orientac¸a˜o de Fa´brica Imbricada Tabela 3. Exemplo de descri c¸ a˜o de f a´cies estruturada a partir da ontologia revisada, com dois novos atributos para o conceito de f a´cies sedimentar
A utilizac¸a˜o desta abordagem permitiu a identificac¸a˜o de 21 novos atributos com
62 novos valores. A comparac¸a˜o entre as vers o˜es da ontologia, antes e depois da aplicac¸a˜o
desta te´cnica, fogem ao escopo deste trabalho, mas e´ apresentada em [
Neste artigo apresentamos uma abordagem para aquisic¸a˜o de conhecimento visual e refinamento de ontologias para dom´ınios visuais, bem como a aplicac¸ a˜o desta abordagem no dom´ınio da Estratigrafia Sedimentar. Esta abordagem apresentou bons resultados no que diz respeito a` eliciac¸a˜o de novos atributos visuais descritivos. Este tipo de conhecimento e´ de fundamental importaˆncia em dom´ınios visuais, visto que a tomada de decis a˜o e´ fortemente dependente de caracterizac¸a˜o visual qualificada dos objetos de dom´ınio. Esta abordagem contribui para a aquisic¸a˜o de conhecimento e refinamento de ontologias porque, em geral, as abordagens dispon´ıveis na literatura preocupa-nse com identificac¸ a˜o
A abordagem ainda na˜o foi adequadamente formalizada, uma vez que ainda
precisa ser aplicada em outros dom´ınios visuais, com o intuito de verificar sua generalidade.
E´ possivel que esta abordagem mostre-se adequada tambe´m em dom´ınios n a˜o visuais. A
verificac¸a˜o destes aspectos e´ um dos objetivos que pretendemos alcanc¸ar em trabalhos
futuros. A abordagem apresentada pode ser considerada um resultado parcial do
projeto Obaita´. E´ importante tambe´m salientar que a aplicac¸a˜o da abordagem pode revelar
conceitos que na˜o teˆm representac¸a˜o na terminologia do dom´ınio, de modo que pode-se
gerar termos que na˜o sa˜o conhecidos pela grande comunidade da Geologia. No entanto,
consideramos isto um aspecto positivo, no sentido de que pode-se revelar porc¸o˜es do
conhecimento que ainda sa˜o dif´ıceis de comunicar no dom ´ınio e sugerir termos que as
representem. Estes termos revelados devem ser compreendidos como propostas, que
devem ser avaliadas pela comunidade. O pro´ximo passo natural e´ submeter a ontologia
elaborada com a ajuda desta abordagem para a grande comunidade da geologia discuti-la
em um processo de negociac¸a˜o de significados e construc¸a˜o colaborativa de ontologias
[