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The Laughs and Tears of Affective Agents

Ana Paiva

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Affective Computing: is computing that relates to, arises from , or deliberatively influences emotions.


Understanding and Modelling Affect


O que são emoções?


O que são emoções? • “uma reacção física e psíquica (como

raiva ou medo) experiênciado subjectivamente como um sentimento forte e envolvendo alterações fisiológicas que preparam o corpo para acção vigorosa e imediata.” [DicionárioMerrianWebster]

• Entender as emoções é uma tarefa difícil– Após um século de investigação, não existe

consenso sobre o que são emoções e como é que estas se comunicam [Picard]


Questões:

– Qual a origem das emoções?

– Existem emoções básicas?

– As reacções fisiológicas definem as emoções?

– As emoções são universais?


Porquê usar a emoção?

• Mecanismo de controlo de baixo custo

• Verificação do modelo mental teórico do ser humano

• Sub-produto do processamento• Melhoramento da interacção com os

humanos


Teorias de emoçãoExistem dezenas de teorias de

emoções• Historicamente, três teorias são

conhecidas: – Teoria de James-Lange (1880)– Teoria de Cannon-Bard (1927)– Teoria de Schachter-Singer (1962)

• Recentemente, teorias de appraisal tem vindo a ganhar popularidade: – A teoria de Ortony, Clore & Collins, em

particular, é popular na comunidade de Personagens Sintéticas


Teoria James-Lange (1884)

Acções precedem emoçõesSituação > Interpretação Cérebro > Reacção Fisiológica(suor, batimento cardíaco, adrenalina, expressão facial)

Finalmente vem a emoção

Ou seja:Situação > Interpretação > Reacção >

Cognição > Emoção


Teoria de James / Lange

• 1884 / 1890


Teoria de Cannon / Bard

• 1920... 1927– Contraria a primeira Teoria– Primeiro vem a Emoção– Depois vem as acções/reacções– Situação > Interpretação > Cognição >

Emoção > Reacção• Mesma resposta fisiológica para o

medo e para a raiva• Injecções de adrenalina não provocam

emoção


But


Appraisal Theories

– Emoção envolve um estado dinâmico que consiste em eventos físicos e cognitivos

– Situação > Interpretação > Avaliação (appraisal) > Emoção


Appraisal Theories

Situation

Interpretation Emotion

Personal well being

Goals implication

Cause


Teorias de appraisal

• Emoções são geradas e diferenciadas em função da interpretação ou avaliação (appraisal) subjectiva de uma situação ou acontecimento


Teorias de appraisal• Como se explica a existência de várias emoções?

• Existem padrões de appraisal diferentes

• Como se explicam as diferentes respostas emocionais entre individuos e tempos diferentes?

• São as interpretações e não os eventos que provocam as emoções

• Porque é que diferentes situações podem levar à mesma emoção?

• Têm o mesmo padrão de appraisal


Teorias de appraisal

• Como se explica a adequação das emoções às situações?

• Sistema de appraisal evoluiu de modo a prever quando é que certas respostas são mais eficazes

• O que desperta a resposta emocional?

• Os próprios appraisals precedem e geram emoções

• Como explicar os aspectos irracionais?


Appraisal: Teoria OCC

• Desenvolvida 1988 por Ortony, Clore e Collins

• Estrutura cognitiva das emoções• Esquema de classificação para emoções

comuns• Determinar uma emoção a partir de uma

situação conjugada com os objectivos e crenças

• O modelo assenta essencialmente numa KB• Actua sobre um domínio de emoções• Baseado em reacções de valência aos

eventos


Teoria OCC

• Emoções estão divididas em 3 categorias dependendo do estímulo– Eventos > Objectivos ou Consequências

(medo)– Agentes > Standards ou Acções (orgulho)– Objectos > Atitudes ou Aspectos (gostar)

• Cada Categoria induz certos tipos de Emoções

• É limitado em termos de emoções que afectem o conhecimento


Outras teorias...


Goals, BeliefsExternal Events

Coping

Emotion

Appraisal

Problem-focused

Emotion-focusedCoping

Smith and Lazarus’ cognitive-motivational-emotive system


Basic Emotions?????Basic Emotions Basis for Inclusion

Arnold Anger, aversion, courage, dejection, desire, despair, fear, hate, hope, love, sadness

Relation to action tendencies

Ekman, Friesen e Ellsworth

Anger, disgust, fear, joy, sadness, surprise

Universal facial expressions

Frijda Desire, happiness, interest, surprise, wonder,

sorrow Forms of action readinessGray Rage and terror, anxiety,

joy HardwiredJames Fear, grief, love, rage Bodily involvement

Mowrer Pain, pleasure Unlearned emotional statesPanksepp Expectancy, fear, rage,

panic HardwiredWatson Fear, love, rage Hardwired


Qual a importância das emoções?• Investigação nas Ciências Humanas

sugerem que a emoção desempenha um papel fundamental no comportamento inteligente [Picard]– A teoria de [Damasio] salienta este aspecto– Criatividade e emoção estão fortemente

relacionadas– Memória e emoção estão fortemente relacionadas– Inteligência emocional tem-se revelado um factor

tão decisivo quanto o QI para determinar sucesso

• Interacção Pessoa-Máquina é intrinsecamente natural e social, seguindo as bases da interacção Homem-Homem– A teoria de [Reeves&Nass]


O erro de Descartes• René Descartes(1569-1650) defendia que existe

separação clara entre o racional e irracional (emoções)– Ser supramente racional seria a melhor coisa para a

Humanidade

• [Damasio] defende que a razão e emoção não são entidades antagonistas no nosso cérebro

• A ciência admite a existência de “dois cérebros”: o emocional e o cognitivo

• [Damasio] defende que em algum ponto os “dois cérebros” comunicam. Nesse contacto a emoção afecta o raciocínio

• A teoria de [Damasio] explica porque pacientes com deficiências na geração de emoções, não conseguem tomar certas decisões que seriam óbvias para uma pessoa saudável


Criatividade, memória e emoçao

• Existe alguma ligação entre criatividade e emoção? [Picard97]– Historicamente, grandes mentes das Artes e Ciências

relataram extremas variações de estado de humor, depressões, tendências de suicídio e hospitalizações por razões psicológicas

– Por exemplo, existem evidências que o álcool é capaz de fomentar a criatividade por inibição de parte do sistema límbico


Inteligência Emotional

• Sobre a relevância da inteligência emocional: [Cherniss]– Inteligência emocional diz respeito à

capacidade de controlar o momento, a subtileza e o modo como as emoções são expressas

– Evidências demonstram que medição de inteligência cognitiva (QI) não prevêem com precisão sucesso

– Empresas cada vez mais começam a considerar este aspecto


Environment

Agent

Acts Perceives


O que são Agentes com Emoções? • As personagens

do Microsoft Chat, cujo comportamento emocional é totalmente controlado pelos utilizadores, correspondem a Agentes com Emoções?


O que são Agentes com Emoções? • O Assistente de Ajuda do

Microsoft Office, que apresenta algum comportamento emocional autónomo, é um Agente com Emoções?


O que são Agentes com Emoções? • É necessário distinguir os exemplos

apresentados:– Intuitivamente, as personagens do Microsoft Chat,

nem agentes se podem considerar;– O Assistente do Office pode ser considerado um

Agente com Emoções “fraco”;


Uma definição de Agentes com Emoções

Um Agente com Emoções é um agente que tem capacidades emocionais no

seu comportamento e raciocínio ou em termos da reação e relação com o

utilizador


Ou seja...

• Primeiro, é um agente.• Segundo, modela estados emocionais

que lhe vai afectar o comportamento• Terceiro sintetiza e expressa emoções:

expressão vocal, expressão facial, expressão gestual

• Quarto, sintetiza e expressa emoções de modo credível, i.e., que suportem a suspensão da descrença


Aplicações de Teorias de emoções para criar agentes emocionais

• OZ project (CMU)• Jack and Steve (and MRE) • FearNot!


OZ

• Iniciado em 1992 por Prof. Joe Bates na University of Carnegie Mellon

• Drama Interactivo• Permite a autores criar e representar

drama interactivamente


OZ group: Arquitectura do sistema


OZ- O cenário


OZ- Noção de “Credibilidade”

• Credibilidade “Agentes que interagem com o utilizador e que levam o utilizador a perder a descrença e acreditar no agente como “vivo”.


Cathexis

• Composto por 4 componentes– Sistema de comportamentos– Sistema motor– Estímulos internos– Gerador de emoções


Cathexis


Cathexis

• Emoções básicas são famílias de estados afectivos– Ex: Medo, Terror, Pânico

• Emoções básicas– Raiva, Medo, Tristeza, Alegria, Nojo,

Surpresa


Simón, the Toddler


Yuppy


Case Study: MRE and the Virtual Human ProjectThe Virtual Human Project brings together

research in intelligent tutoring, natural language recognition and generation, interactive narrative, emotional modeling, and immersive graphics and audio.

The focus is on creating a highly realistic and compelling training environment.

The system includes an 8'x30' wrap-around screen, 10.2 channels of immersive audio, and interactive synthetic humans that can interact with the trainee and respond emotionally to their decisions.

http://ict.usc.edu/projects/virtual_humans�


EMA: The emotion architecture behind the project


MRE


GoalsTo to create an application to help children

victims of bullying incidents by using autonomous characters that lead to the emergence of stories (featuring bullying incidents).

Premisses:– Engagement and empathy in a virtual

environment– A sound empirically grounded psychological

theory– Realistic experiences (nothing works always)

Case Study: FearNot!


Vision…

• We know that “scripted” animated characters can make users respond emotionally

• However, can we create autonomous characters that also evoke emotional responses from users?


Generate stories & characters that are not scripted!!!!

??????HOW??????


Example of FearNot!


Interaction with FearNot!


Framework (ION v2)

John’s Mind

Graphics (OGRE)Minds

John

Luke’s Mind

Luke

3D John

3D Luke

Set 3D Set

User

GraphicalContent

MindsContent

ToolsAnimation BlenderPath-Planner

Speech Integration

CameraManager Camera

StoryFacilitator

NarrativeContent

Tools

Behaviour Planner


Story Characters as Emotional Agents

• The characters are created all from the same “basis” (the agent architecture used:FatiMa)

• Each character is authored individualy using the elements of the architecture used...


Video


FatiMA


Deliberative Appraisal

• Prospect based emotions generated by the state of plans in memory (Gratch)

• When a event is perceived:– Plans are updated accordingly – Active pursuit goals are checked for activation– Intentions to achieve active goals are created

• Trigger initial hope/fear emotions

• The process of plan focus generates emotions – Symbiotic relation between cognition and

emotions


FatiMA


Let’s imagine a situation

Trigger Condition: Luke mocks John

Trigger Actions


FatiMA


Reasoning (Focus)

In each reasoning cycle:• A goal is selected as the focus of attention

– The one that generates the strongest emotions (Sloman)

• The goal’s best plan is brought into focus

• The plan generates emotions:– Hope for achieving the goal– Fear for not achieving the goal– Fear for not preserving an interest goal

I will get hurt

I can hit him

No, I can’t


Reasoning (Coping)

• Coping strategies applied to the plan depend on the emotional state

• Problem-focused Strategies– Planning (by adding actions, ordering

constraints)– Execution

• Emotion-focused Strategies (Marsella)– Accepting a plan’s failure– Accepting a goal’s failure– Lower a goal’s importance– Lower an effect’s probability


More issues • FAtiMA (Fearnot AffecTIve Mind

Architecture) Persistent internal stateSaving and loading the agent’s internal

state into persistent memory. Autobiographic Memory Agents now remember what happened

before. Extensions to Character AuthoringNew Types of Conditions (emotion

conditions, etc) Inference Operators


FatiMA


Levels of CreationThe creation of agents with FatiMA takes

place on 2 levels: • (Common) Character Level

– Goal and action libraries shared by all characters• (Individual) Character Level

– Personalities of individual characters (e.g. make sure bully and victim act differently

Environment creation:• Scenario Level

– Definition of episodes


Common Character Level

• Author has to create action and goal descriptions + inferences that all characters share– Together they form the intelligence of the

characters (i.e. all FearNot characters are equally intelligent)

• Authoring via creating STRIPS-like XML definitions of actions and goals– Some tools in place to check syntax and

basic functionality (e.g. unreachable goal states)

• BUT!: still a lot of manual testing required to ensure consistency


Defining John’s PersonalityEmotional

Dispositions

Emotional Reactions

Goals

Action Tendencies

Actions


Defining John’s Personality

EmotionalReactions

<EmotionalReaction desirability="-5" praiseworthiness="-5"><Event action="SpeechAct"

parameters="sabotageinvitation,[SELF]" /> </EmotionalReaction>

.

.

.

.

.<EmotionalReaction desirability="-4" praiseworthiness="-3"><Event action="SpeechAct" target="[SELF]"

parameters="insult" /> </EmotionalReaction>



Action Tendencies

<ActionTendency action="SpeechAct([Subject],insult)"><Preconditions /> <ElicitingEmotion type="Anger" minIntensity="5">

<CauseEvent /> </ElicitingEmotion>

</ActionTendency>........

<ActionTendency action="cry"><Preconditions /> <ElicitingEmotion type="Distress" minIntensity="6">

<CauseEvent /> </ElicitingEmotion>

</ActionTendency>



Goals

<ActivePursuitGoal name="AcceptInvitation([friend])"><PreConditions>

<RecentEvent occurred="True" subject="[friend]" action="Question" target="[SELF]" parameters="invite" />

<Property name=“Like([SELF],[friend])” operator=“GreaterThan”

value=“0” /></PreConditions><SucessConditions>

<Property name="InvitedToParty([friend],[SELF])" operator="=" value="True" /> </SucessConditions><FailureConditions>

<Property name=“InvitedToParty([friend],[SELF])” operator=“=“

value=“False” /></FailureConditions>

</ActivePursuitGoal>



Actions

<Action name="Question([target],[question])"><PreConditions>

<Property name="[target]" operator="!=" value="[AGENT]" /> </PreConditions><Effects>

<Effect probability="1"><Property name="SpeechContext()" operator="="

value="#EVENT([AGENT],Question,[target],[question])" /> </Effect>

</Effects></Action><Action name="InferenceOperator1([Inviter],[Invited])"><PreConditions>

<RecentEvent occurred="True" subject="[Invited]" action="Reply" target="[Inviter]" parameters="invite,positiveanswer" /> </PreConditions><Effects>

<Effect probability="1"><Property name="InvitedToParty([Inviter],[Invited])"

operator="=" value="True" /> </Effect>

</Effects></A ti >


Example of Episode Set-Up

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