Virtual Museum Ontology: uma descrição ontológica de objetos virtuais 3D em Museus Virtuais

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1 Virtual Museum Ontology: uma descrição ontológica de objetos virtuais 3D em Museus Virtuais Felipe S. da Costa 1, Rafael G. de Oliveira 1, Everton F. C. de Almeida 1, Clézio L. Azevedo 1, Claudia M. F. A. Ribeiro 1 1 Laboratório Lumen Universidade do Estado do Rio Grande do Norte (UERN) Natal RN Brasil {costa.felipesoares, rafaell.gomes, pepetofagner, clezio.azevedo}@gmail.com, claudiaribeiro@uern.br Abstract. This paper presents a semantics for Virtual Museums, seeking to improve the experience of visiting this environment. For this purpose, we developed the Virtual Museum Ontology, an ontology that allows you to link concepts relating to the field of museum objects to multimedia and Web communication. Resumo. Este artigo apresenta uma proposta semântica para Museus Virtuais, buscando melhorar a experiência de visitação nesse ambiente. Para tanto, foi desenvolvida a Virtual Museum Ontology, uma ontologia que permite unir conceitos referentes ao domínio do museu aos de objetos multimídia e comunicação Web. 1. Introdução A Realidade Virtual (RV) é uma tecnologia que permite ao usuário interagir com um ambiente simulado por computador, e consiste na representação do mundo real ou imaginário. É a RV quem permite o desenvolvimento de ambientes virtuais 3D, os quais têm despertado interesse por parte dos desenvolvedores, pois permitem que o usuário possa conhecer ambientes antes não visitados. A possibilidade de explorar esses ambientes na Web [Berners-Lee 1996] está sendo cada vez mais investigada. Porém a utilização desses ambientes na Web possui certas dificuldades quanto ao armazenamento, transmissão, consultas, indexação e recuperação de conteúdo multimídia. Com isso, uma descrição e uma compreensão aprofundada da informação com critério semântico é necessária, a fim de satisfazer eficazmente as necessidades decorrentes estes desafios. [Kompatsiaris et al, 2008] Esses ambientes ganharam destaque, e para que fosse viável a descrição de objetos 3D um padrão para descrição estrutural e semântica do conteúdo multimídia, foi padronizado no ISO/IEC (Multimedia content description interface- Interface de descrição de conteúdo multimídia), comumente conhecido como MPEG-7, e desenvolvido pelo Moving Picture Experts Group (MPEG). Nesse contexto, foi proposto o desenvolvimento de um Museu Virtual, pelo grupo de pesquisa do Laboratório Natalnet da UFRN, por meio da tecnologia de ambientes virtuais associada a redes de computadores, possibilitando a visita de museus ou galerias de arte à distância e fornecendo ferramentas para comunicação em tempo real entre todos os visitantes que estejam acessando o museu on-line. Assim, os

2 visitantes virtuais são capazes de compartilhar suas experiências e sensações ao visitar aquele museu. Desse modo, faz-se utilização de tecnologias da Web Semântica [Berners-Lee et al, 2001] para enriquecimento das descrições de objetos em ambientes virtuais 3D, através de ontologias de domínio para associação de significado, a fim de potencializar a experiência do visitante pela localização automática e apresentação de objetos de interesse. A seção 2 abordará uma definição de ambientes virtuais, suas aplicações e vantagens. Em seguida, a seção 3 trará uma fundamentação teórica sobre o paradigma de anotação semântica de dados, bem como a metodologia e ferramenta utilizada no desenvolvimento da descrição semântica proposta. Por fim, na seção 4 apresentamos o desenvolvimento da ontologia proposta para descrever tais objetos. 2. Trabalhos Relacionados Uma ontologia consolidada quando se trata de web semântica para museus virtuais, é o CIDOC-CRM como mostrado em [Hong et al, 2005]. Nele, podemos observar a incorporação de semântica a uma arquitetura para museus virtuais distribuídos, como podemos observar na Figura 1. Figura 1. Sistema de Arquitetura Global do CIDOC CRM Ontology. Fonte: [Hong et al, 2005] Esta ontologia mostrou-se eficiente na captura e representação dos dados de uma base de dados, servindo assim como modelo de referência para museus virtuais semânticos em geral. A Virtual Museum Ontology também possui como base o CIDOC,

3 contudo acrescentam-se conceitos tratados na rede mundial de computadores, como é o caso da comunicação. 3. Ontologias e Web Semântica O termo Ontologia tem origem na Filosofia, com Aristóteles e está relacionado ao estudo da existência. Na comunidade de Ciência da Computação, mais especificamente na área de Inteligência Artificial, a primeira referência ao termo foi feita em 1991 [Neches et al 1991] pelo grupo de pesquisa DARPA Knowledge Sharing Effort. Partindo da idéia de componentes de conhecimento reutilizáveis como uma forma de facilitar a construção de sistemas baseados em conhecimento, o termo ontologia surge como uma forma de descrever o que seriam os componentes reutilizáveis. A partir de então, o estudo de ontologias na comunidade da Ciência da Computação tem sido bastante utilizado, possuindo como finalidade a busca ou a combinação/integração de informações. Sendo assim, as ontologias têm atuação necessária na Web, já que esse cenário de combinação/integração é o que ocorre com as informações contidas nesse meio, em particular na Web Semântica [Brandão et al, 2002]. Ao utilizar ontologias em aplicações web e habilitar agentes de software a entendê-las e processá-las, faz-se com que as aplicações que venham a surgir no futuro sejam mais inteligentes, no sentido de considerarmos uma capacidade maior de execução de tarefas num nível conceitual mais próximo do humano. Assim, as ontologias possibilitam um meio de comunicação entre a representação sintática da informação e sua conceitualização, como segue na Figura 2. Figura 2. Ontologia como chave para um entendimento comum. Fonte: [Brandão et al, 2002] Como mencionado anteriormente, o uso de ontologias faz-se necessário em aplicações da Web Semântica, e para que isso se tornasse viável, o W3C (World Web Wide Consortium) definiu o RDF (Resource Description Framework) [Hayes, P. 2004]. Assim, a regulamentação da Web Semântica apresentada pelo W3C afirma que as tecnologias envolvidas nesse tipo de aplicação permitem às pessoas criarem armazenamentos de dados na Web, construir vocabulários e escrever regras para a manipulação de dados. Sendo os relacionamentos entre dados habilitados por tecnologias como RDF, SPARQL (SPARQL Protocol and RDF Query Language) [Seaborne et al, 2008], OWL (Web Ontology Language) [Patel-Schneider et al, 2006] e SKOS (Simple Knowledge Organization System) [Miles et al, 2005]. A Web Semântica é a extensão da web obtida via adição de semântica ao formato atual de representação de dados [Berneers-Lee et al, 2001], ou seja, para o desenvolvimento de uma aplicação envolvendo semântica, o significado da informação

4 que alimentará a máquina deve ser inteligível através da definição de regras a serem aplicadas [Brandão et al, 2002]. Dentro desse contexto, o desenvolvimento da ferramenta de busca em similaridade semântica desenvolvido para o Museu Virtual, com o intuito de tornar a visitação ao museu algo mais agradável aos olhos do visitante, uma vez que a disposição das obras será feita baseada no perfil dele, tornou-se possível por meio da utilização de ontologias Metodologia para desenvolvimento da Ontologia A Engenharia de Ontologias é uma área de pesquisa que propõe metodologias para o desenvolvimento de ontologias. Sendo a primeira documentação referente essa área, feita por Mizoguchi e Ikeda em Como área de pesquisa, podemos dizer que sua base é composta pelas primeiras propostas de metodologias de desenvolvimento de ontologias em 1995, através do relato da experiência obtida durante o desenvolvimento da Enterprise Ontology e com o projeto TOVE (TOronto Virtual Enterprise) [Brandão et al, 2002]. Desde então, várias outras propostas surgiram, como o método de desenvolvimento do projeto Esprit KACTUS, para o domínio de circuitos elétricos, o projeto METHONTOLOGY [Fernández, M. et al, 1997], um framework para construção de ontologias, dentre outros. 4. Virtual Museum Ontology Para ampliar e melhorar a manipulação de dados multimídia em um ambiente virtual 3D, foi proposta uma descrição semântica dos mesmos. Utilizando como estudo de caso o ambiente de Museu Virtual desenvolvido por pesquisadores da UFRN, buscamos potencializar a experiência do visitante pela localização automática e apresentação de objetos de interesse através da utilização de tecnologias da Web Semântica, com o intuito de enriquecer as descrições de objetos em ambientes virtuais 3D. Dentre as metodologias apresentadas, utilizou-se para o desenvolvimento da ontologia descrita em [Fernández, M. et al, 1997] a qual define o ciclo de desenvolvimento nas etapas de: atividades de gerenciamento do projeto; atividades orientadas ao desenvolvimento; e atividades de suporte (desempenhadas em paralelo ao desenvolvimento). Por meio dessa divisão das atividades proposta pela metodologia, desde a coleta de informações específicas do domínio do estudo, até sua concepção e manutenção, que se deu o desenvolvimento da ontologia. Entre a fase de estudo do domínio e concepção da ontologia, esta metodologia propõe um estudo sobre quais ontologias existentes poderiam ser reutilizadas. Com isso, para agregar valor à ontologia desenvolvida, foram utilizados outros três domínios do conhecimento, uma vez que estamos tratando de um ambiente virtual 3D Web, como visto na Figura 2. Figura 2. Proposta de Definição da Ontologia

5 Conforme observado, temos a ontologia que foi desenvolvida (Virtual Museum) combinada a outros domínios que definem: museu virtual [Crofts et al, 2010]; descrição multimídia de objeto 3D [Hunter 2001]; e conhecimento no âmbito da comunicação [Brickley et al, 2010], respectivamente. Através da ferramenta de desenvolvimento Protégé [Knublauch, 2004] foi obtida a seguinte definição hierárquica da ontologia proposta, como descrito na Figura 3. Figura 3. Definição Hierárquica da Ontologia Proposta Como podemos observar, é abordado um conceito inicial ( Thing ), do qual derivam todos os outros conceitos abordados quando tratamos de museus virtuais. Tornando claro na Figura 3, a utilização de conceitos desde ao período histórico ao qual a obra está relacionada ( vm:period ) à conceitos referentes à comunicação ( foaf:agent ), ao visitante ( vm:occupation ) e esculturas virtuais ( mpeg7:affiliation ). Contudo, para que a mesma possa ser utilizada no que concerne uma busca semântica, foram utilizadas regras de inferência descritas em SWRL [Horrocks et al, 2004], que tornarão possível toda a manipulação do conhecimento do domínio. Para que essas regras pudessem ser implementadas utilizou-se o SWRLTab plugin disponível no Protégé 3.x.x. 5. Conclusão A ontologia proposta desenvolvida no ambiente gráfico Protégé seguindo detalhadamente as prerrogativas definidas pela metodologia, e então combinadas às regras de inferência para o domínio específico, tem como intuito melhorar a visitação das obras do Museu Virtual. Com isso, a descrição semântica do ambiente virtual representa uma customização da experiência de visitação, pois agora o visitante pode definir o percurso das obras a serem visitadas por meio da similaridade semântica. 7. Referências Berners-Lee, T. (1996). The World Wide Web: Past, Present and Future. IEEE Computer Society, pp

6 Berners-Lee, T. et al (2001). The Semantic Web. Scientific American. Brandão, A. and Lucena, C. (2002). Uma Introdução à Engenharia de Ontologias no contexto da Web Semântica. Brickley, D. and Miller, (2010). FOAF Vocabulary Specification Crofts, N. et al (2010). Definition of the CIDOC Conceptual Reference Model. CIDOC CRM Special Interest Group. Fernández, M. et al (1997). METHONTOLOGY: From Ontological Art Towards Ontological Engineering. AAAI Technical Report SS Gómez-Pérez, A. et al (2004). Engineering Ontological: with examples from the areas of Knowledge Management, e-commerce and the Semantic Web. Springer. Horrocks, I. et al (2004). SWRL: A Semantic Web Rule Language Combining OWL and RuleML. SWRL /#1. Hayes, P. (2004). RDF Semantics. Hunter, J. (2001). Adding Multimedia to the Semantic Web - Building an MPEG-7 Ontology. International Semantic Web Working Symposium (SWWS), Stanford. Kompatsiaris, Y. and Hobson, P. (2008). Semantic Multimedia and Ontologies. Springer. Knublauch, H. (2004). The Protégé OWL Plugin: An Open Development Environment for Semantic Web Applications. 3rd International Semantic Web Conference (ISWC2004). Liu, H. et al (2005). An Ontology-based Architecture for Distributed Digital Museums. Proceedings of the Fourth International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Guangzhou, pp IEEE. Miles, A. et al (2005). SKOS: A language to describe simple knowledge structures for the web. XTech Conference. Neches, R., Fikes, R.E., et al. (1991). Enabling Technology for Knowledge Sharing, AI Magazine, 12(3), pp Patel-Schneider, P. and Horrocks, I. (2006). OWL 1.1 Web Ontology Language Overview. Seaborne, A. et al (2008). SPARQL Update A language for updating RDF graphs.