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Bericht ueber den Workshop "Repraesentation und Verarbeitung raeumlichen
Wissens"

Der erste Workshop ueber "Repraesentation und  Verarbeitung  raeumlichen
Wissens" fand vom 28.11. - 30.11. in  der  Carl  Friedrich  von  Siemens
Stiftung auf dem Gelaende des Schlosses Nymphenburg bei Muenchen statt.

An dem Workshop nahmen ca. 40 Personen (von denen zumindest einige nicht
aus dem Bereich der KI kamen)  aus  den  Bereichen  KI,  Elektrotechnik,
(Computer-) Linguistik,  Psycholinguistik,   Verhaltensphysiologie   und
Neurologie teil. Diese Interdisziplinaritaet wurde von allen Teilnehmern
sehr begruesst.

An den ersten beiden Tagen fanden Vortraege statt und der dritte Tag war
fuer einen Besuch im Max-Planck-Institut fuer  Verhaltensphysiologie  in
Seewiesen in der Abteilung von Prof. Mittelstaedt vorgesehen.

Im folgenden nun einige Bemerkungen zu den jeweiligen Vortraegen.

Christian Freksa (TU Muenchen) stellte in seinem Vortrag, sozusagen  zur
Erinnerung,   einige   Raumkonzepte  der  Physik,  der  Mathematik,  der
Psychologie und der Linguistik vor. Fuer die Kognitionsforschung  stellt
sich die  Frage,  wie  diese  Konzepte  fuer  raeumliches  Argumentieren
repraesentiert  werden  koennen  (als  interne  Repraesentationen   fuer
raeumliches   Wissen   bei   Menschen  angenommen  werden  koennen).  Er
erlaeuterte das Workshopthema dahingehend, dass Konzepte zur Darstellung
und Verarbeitung raeumlichen  Wissens  diskutiert  werden  sollen,  ohne
dabei die sprachliche Realisierung  von  raeumlichen  Konzepten  in  den
Vordergrund zu stellen.

Im Vortrag von Peter Ruhrberg und Heike Rutz  wurde  das  System  KLEIST
vorgestellt, das an der Universitaet Bielefeld  entwickelt  wurde.  Ziel
dieses Systems ist  die  Generierung  von  Wegauskuenften.  Wesentliches
Merkmal des  Ansatzes  ist,  dass  empirische  Untersuchungen  an  einer
Spielstadt  durchgefuehrt  wurden,  um   festzustellen,   wie   Menschen
Wegauskuenfte generieren und um die Textstruktur  solcher Auskuenfte  zu
ermitteln.    Das    System    verfuegt   ueber   ein   Repertoire   von
Teilbeschreibungsplaenen    und   waehlt     zur    Generierung    einer
Wegbeschreibung mehrere davon aus und generiert  den  Beschreibungstext.
Ein Weg von A nach B setzt sich aus mehreren Segmenten  zusammen.  Jedes
Segment kann mit einem Teilbeschreibungsplan  verbalisiert  werden.  Das
Ergebnis dieser Planung ist eine  komplexe  Beschreibung,  die  mithilfe
einer   LFG-Grammatik   in   eine   entsprechende   Oberflaechenstruktur
ueberfuehrt wird.

Michael Mohnhaupt (Uni Hamburg) stellte in seinem Vortrag  eine  analoge
Repraesentation fuer Ereignisse (z.B.  abbiegen, ueberholen, etc.)  vor.
Zur  Darstellung  von  Trajektorien  wird  dabei  ein  vierdimensionales
Zaehlerfeld verwendet. Die Koordinaten sind die x, y-Koordinate in einem
rechtwinkligen System, die beobachtete Geschwindigkeitsrichtung und  der
beobachtete    Geschwindigkeitsbetrag.    Teilt    man     nun    diesen
Beobachtungsraum in Zellen auf und ordnet jeder Zelle einen Zaehler  zu,
so kann angegeben werden, wie oft die  Trajektorie  eines  Objektes  mit
einer Zelle zusammenfaellt. Ausgehend von  dieser  Repraesentation  wird
nun   versucht    von    konkreten    Trajektorien    zu    abstrahieren
(generalisieren),  um  zu  prototypischen  Trajektorien  fuer  bestimmte
Bewegungen zu gelangen. Dies  kann  von  der  Szenenanalyse  dahingehend
ausgenutzt werden, dass zur Erkennung eines Abbiegevorgangs  nicht  mehr
die gesamte Trajektorie analysiert werden muss,  sondern  ueberpruefbare
Voraussagen ueber den weiteren Verlauf gemacht  werden  koennen.  Dieser
Ansatz strebt eine  gemeinsame  Repraesentation  von  perzeptuellen  und
kognitiven Prozessen an.

Ellen Hays (Gastwissenschaftlerin von der University of Pittsburgh, z.Z.
Uni Saarbruecken) ging in ihrem Vortrag auf  die  Frage  ein,  wie  eine
Repraesentation  fuer   Bewegungsverben   und   Praepositionen  aussehen
koennte.   Ein   Hauptproblem   bei   der   Erstellung   einer   solchen
Repraesentation ist die Tatsache, dass die Merkmale,  die  den  Gebrauch
von  Fortbewegungsverben  und  Praepositionen  steuern  multidimensional
sind, d.h.  sowohl syntaktische als auch semantische,  pragmatische  und
perzeptuelle Merkmale beeinflussen den Gebrauch  dieser  Wortarten.  Sie
schlug vor, zuerst mit einer Objekttaxonomie anzufangen und dann weitere
Merkmale nach Bedarf hinzuzufuegen.

Marie-Luise  und  Horst  Mittelstaedt  (Max-Planck-Institut,  Seewiesen)
zeigten   in  ihrem  Vortrag  eindrucksvoll,  dass  zur  Erklaerung  der
Navigationsfaehigkeit   von   Lebewesen   keine    interne    raeumliche
Repraesentation angenommen werden muss, sondern  dass  die  Orientierung
durch ein selbstreferentielles System stattfinden kann. Dazu werden  nur
mehrere Integratoren benoetigt. Sie wiesen in ihrem Vortrag nochmals auf
die   in  der  Psychologie  hinreichend  bekannten  Ergebnisse  aus  der
Wahrnehmung  hin.   Dort  wird   Wahrnehmung  als  ein  aktiver  Prozess
betrachtet, der darin besteht, Wahrgenommenes mit vorgefertigten Mustern
und mit Erwartungen zu vergleichen, um zu  einem  Aehnlichkeitsmass  mit
etwas Bekanntem oder zu einer Identifikation zu gelangen.  Das  bedeutet
insbesondere, dass unsere Raumerfahrung in frueher Kindheit erlernt wird
und unsere interne Repraesentation von vielen Faktoren  waehrend  dieser
Lernphase gesteuert wird.

Reinhard Koy-Oberthuer berichtete von  einem  Projekt,  das  an  der  TU
Clausthal-Zellerfeld durchgefuehrt wird.  Dort wurde  eine  Konturkamera
entwickelt, die Blinden als Hilfsmittel dienen soll. Damit die  von  der
Kamera detektierten Kanten (Konturen) von den Blinden auch  wahrgenommen
werden koennen, wurde ein ringfoermiger Geber konstruiert,  der  um  den
Unterarm  getragen  wird.  Bei  gegebener  Orientierung  des  Unterarmes
liefert der Geber einen Reiz an der Stelle,  die  der  Orientierung  der
gefundenen Kante entspricht. Voraussetzung fuer  das  korrekte  Erfahren
der Kanten ist auch, dass die Kamera  eine  feste  Orientierung  besitzt
(das   wurde   durch   Benutzung   eines  Stativs  sichergestellt).  Das
Hauptproblem bei der Interpretation der Daten besteht darin, dass  keine
Tiefeninformation geliefert wird (an einer Kopplung der Kamera mit einem
Laserentfernungsmesser und angemessenem Geber wird zur Zeit gearbeitet),
so dass schraege Kanten, die in der Wirklichkeit zu  einem  rechteckigen
Objekt gehoeren (man denke an eine geoeffnete Tuer, bei  der  die  obere
Kante dann schraeg  verlaeuft)  nicht  wahrgenommen  werden.  Untersucht
werden Konturabfahrstrategien,  sowie  Erwartungen  ueber  den  weiteren
Verlauf einer Kontur. Zwei verschiedene  interne  Repraesentationen  bei
Blinden wurden unterschieden: eine Gesamtrepraesentation,  die  nur  bei
spaeter    erblindeten    Personen     vorhanden     ist     und     die
Routenrepraesentation, die  nur  gelernte  Verbindungen  zwischen  Orten
enthaelt, nicht umkehrbar ist und der Person auch keine Umwege erlaubt.

Im Vortrag von Gudula Retz-Schmidt und Gerd  Herzog  (Uni  Saarbruecken)
wurde zuerst das gesamte VITRA Projekt vorgestellt, wobei auch ein neues
Projekt erwaehnt  wurde,  das  am  DFKI  angesiedelt  sein  wird:  WIP -
wissensbasierte Informationspraesentation. An  diesem  Projekt  arbeiten
zur Zeit Thomas Rist  und  Elisabeth  Andre.  Gerd  Herzog  stellte  die
Systemarchitektur  von  SOCCER  vor,   einem   System   zur   simultanen
Beschreibung von Fussballszenen. Der wesentliche Unterschied von  SOCCER
zu einem System wie NAOS, bei dem auch Szenenfolgen beschrieben  werden,
liegt darin, dass bei SOCCER nicht alle Ereignisse  bekannt  sind,  wenn
mit  der  Verbalisierung begonnen wird. Fuer das System wurde daher eine
inkrementelle Ereigniserkennung realisiert.

Sabine Mueller (Uni Saarbruecken) beschrieb in ihrem Vortrag das  System
CITYGUIDE, das ebenfalls im Kontext von VITRA  entstand.  Dieses  System
ist eine Weiterentwicklung von CITYTOUR, bei dem es im  wesentlichen  um
die  Verarbeitung   raeumlicher  Ausdruecke  ging.  CITYGUIDE  generiert
Wegbeschreibungen von Ort A nach Ort B in  der  CITYTOUR  Domaene.  Dazu
wird aus  der  CITYTOUR  Darstellung  der  Saarbruecker  Innenstadt  ein
Wegegraph erzeugt,  bei  dem  es  verschiedene  Kantentypen  gibt,  fuer
Fussgaenger, Pkws, etc. Die kuerzeste  Verbindung  zwischen  zwei  Orten
wird mithilfe von Dijkstra's Algorithmus zur Wegfindung berechnet. Damit
der gefundene Weg verbalisiert  werden  kann,  sind  Schemata  fuer  die
Verbalisierung von Wegabschnitten als Datenstruktur im System  abgelegt.
Die tatsaechliche Verbalisierung findet dann durch Instantiierung dieser
Schemata statt.

Joerg  Schirra  (Uni Saarbruecken)  behandelte  in  seinem  Vortrag  die
Motivation fuer ANTLIMA, eine Visualisierungskomponente fuer das  SOCCER
System. Diese Komponente soll das System in  die  Lage  versetzen,  sich
Vorstellungen   von   den   eigenen   Aeusserungen  zu  machen,  um  die
Verbalisierung geeignet zu steuern. Da der Begriff  Vorstellung  in  der
Philosophie schon belegt ist,  versuchte  er  zu  motivieren,  dass  ein
System,   das   sich   Vorstellungen   macht   oder   dem  Vorstellungen
zugeschrieben werden koennen als ein kognitives System aufgefasst werden
muss.

Bernd Tischer (Uni Muenchen) diskutierte psycholinguistische Experimente
zur    Verarbeitung    richtungsraeumlicher    Objektrelationen.     Den
Versuchspersonen  war  dabei  jeweils  ein  Bild,  das  eine  raeumliche
Relation zwischen zwei Objekten darstellt  und  ein  Satz  als  Stimulus
dargeboten  worden.  Die  Relationen  waren  auf/unter,  vor/hinter  und
rechts/links. Zu jedem Bild existieren vier Saetze, zwei beschreiben die
Relation korrekt und zwei sind falsch. Wird auf einem Bild z.B. A rechts
von B dargestellt, so lauten die vier Saetze:
A ist rechts von B.
B ist links  von A.
A ist links  von B.
B ist rechts von A.
Gemessen wurden nun Verifikationszeiten fuer einen  Satz  'A ist --_ von
B',  differenziert  nach  den  sechs  Praepositionen   und   den   sechs
Darbietungsarten: zuerst Satz, dann Bildwahrnehmung; zuerst  Bild,  dann
Satzwahrnehmung; simultane Darbietung von Satz  und  Bild;  sequentielle
Darbietung    von   Satz   und   Bild;   sequentielle   Darbietung   mit
visuell-raeumlicher    Repraesentation    des   Satzes / mit    verbaler
Repraesentation des Bildes. Ein interessantes  Ergebnis  ist,  dass  bei
rechts/links Symmetrie vorliegt und keine ausgezeichnete  Richtung  oder
Orientierung wie bei vor/hinter  eine  Rolle  spielt.  Bei  Anweisungen,
Gegenstaende zu plazieren,  ist  die  vertikale  Dimension  weniger  mit
Fehlern behaftet als die laterale und  horizontale  Dimension.  Bei  den
Aufgaben, bei denen auch Saetze erzeugt werden sollten, faellt auf, dass
das kleinere Objekt praeferiert in Subjektposition verbalisiert wird.

Wolfgang Hoeppner (EWH Koblenz) berichtete in seinem Vortrag vom Projekt
KOBW, das universitaetsintern durchgefuehrt wird. Ziel des Projektes ist
die  Konzeption  eines  Systems,  das  im  Bereich  eines  Stadtgebietes
optimale Wege und adaequate Wegbeschreibungen erzeugt.  Die  Interessen,
die mit dem Projekt verfolgt werden, sind: Repraesentationen  fuer  Bild
und   Sprache,   Kriterien   fuer  die  Praesentation  einer  adaequaten
Wegbeschreibung und die Praesentation selbst durch Sprache und  Bild. In
diesem   Projekt   soll   auch   versucht  werden,  Kriterien  fuer  die
Mitteilbarkeit eines Weges in Abhaengigkeit von seiner  Beschreibbarkeit
zu entwickeln Manche Wege  werden  vom  Auskunftgebenden  deshalb  nicht
genannt, da er merkt, dass die Beschreibung so kompliziert ist, dass sie
kaum verstanden werden kann. Christopher Habel steuerte ein Beispiel aus
seiner   Erhebung   von   Wegauskuenften  in  Trier  bei,  bei  dem  der
Auskunftgebende seine Beschreibung mit den Worten beendete:  'Das finden
Sie nie'. Wolfgang Hoeppner  stellte  folgende  Annahmen  vor,  die  vom
System getroffen werden koennen, wenn jemand nach dem Weg fragt:
die Zeit ist 'jetzt';
es wird nach einem bestimmten Verkehrsmittel gefragt;
der Fragende moechte auf die angenehmste Art zum Ziel gelangen;
der Weg soll leicht merkbar sein;
der Weg soll leicht verifizierbar sein.
Das bedeutet insbesondere, dass bei einer  zu  gebenden  Auskunft  nicht
alle  moeglichen  Wege  betrachtet  werden.  Weiterhin  soll  modelliert
werden,   dass  Attribute  eines  Weges  dynamisch  sein  koennen  (eine
Landmarke fuer einen Weg kann Nachts eine andere  sein  als  tagsueber).
Untersucht werden muss auch was eindeutig merkbar ist.

Erwin   Prassler   (TU Muenchen)   stellte   in   seinem   Vortrag   ein
konnektionistisches Modell zur parallelen Wegsuche vor. Im Gegensatz zur
sequentiellen Wegsuche, bei der die obere Schranke O(n*n) ist,  ist  bei
der parallelen Suche die Schranke  O(n).  Versuche  mit  der  Simulation
eines Netzwerkes mit 400 Knoten haben dies bestaetigt.  Im  Schnitt  war
ein Netz mit 400 Knoten nach 200 Schritten in  einem  stabilen  Zustand.
Die Versuche zeigten, dass in 85 Prozent der Faelle  das  Netz  nach  2d
Schritten stabil war (mit d = Distanz zwischen Start und Ziel). Probleme
treten an den Raendern  des  Netzwerkes  auf.  Das  Relaxationsverfahren
fuehrt dazu, dass Wege in der Naehe der  Raender  zu  diesen  hingezogen
werden. Auch  in  diesem  Modell  koennen  Teilpfade  angegeben  werden,
problematisch ist dann jedoch das  Einsammeln  der  Teilpfade,  die  den
gesamten Weg ausmachen.

Anton Hartl (TU Muenchen) beschaeftigte sich in seinem Vortrag ebenfalls
mit dem Finden von Wegen in staedtischen Umgebungen. Sein Hauptaugenmerk
richtete er auf die Beachtung kognitiver Karten und die  Repraesentation
von    Unschaerfe.    Ziel    ist    die    Repraesentation   unscharfen
Richtungswissens. Dazu werden z.B. die Richtungen an einer Kreuzung  nur
relativ  zueinander  und  nicht  in  Absolutbetraegen  angegeben.  Somit
entsteht ein Netz aus Richtungen und  Beziehungen  dazwischen,  das  die
Freiheitsgrade der einzelnen  Richtungen  einschraenkt.  Angestrebt  ist
eine Verallgemeinerung dieser Repraesentation auch auf Entfernungen  und
eine Anwendung auf die Wegplanung.

Mohammed Khenkhar (Uni Hamburg) stellte ein formales  Geruest  fuer  die
Repraesentation von Depiktionen als Zellmatrizen dar. Nach Kosslyn  sind
Depiktionen mentale Vorstellungsbilder. Im  Vortrag  wurde  vorgestellt,
wie Depiktionen in das Konzept der Referentiellen  Netze  von  Ch. Habel
integriert werden koennen, das  eine  objektorientierte  Repraesentation
darstellt. Mohammed Khenkhar gab  eine  formale  Definition  der  beiden
grundlegenden Prozesse, die auf Depiktionen  arbeiten:  Imagination  und
Inspektion. Imagination ist der Prozess, der aus  sprachlichen  Eingaben
Depiktionen erzeugt und Inspektion derjenige, der  Depiktionen  auf  das
Vorhandensein spezieller  Eigenschaften  hin  untersucht  (z.B.  ob  ein
Objekt A vor  einem  Objekt  B  ist).  Depiktionen  haben  skizzenhaften
Charakter, d.h. man legt sich beim Erstellen einer  Depiktion  auf  eine
bestimmte Groesse der  Objekte  fest  und  auch  auf  eine  topologische
Anordnung. Untersucht werden muss,  inwieweit  Prototypen  von  Objekten
fuer Depiktionen genutzt werden sollen.

Simone Pribbenow (Uni Hamburg) stellte dar, wie und welche Informationen
ueber  die   raeumliche  Lage  von  Objekten  aus  Praepositionalphrasen
mithilfe   propositionaler   Darstellungen   gewonnen   werden  koennen.
Weiterhin zeigte sie, dass  auch  bei  propositionaler  Darstellung  ein
Regelmechanismus aufgestellt werden kann, der die Ableitung einer  'bei'
Beziehung aus einer sprachlich gegebenen  'an'  Beziehung  erlaubt.  Die
Hauptfrage, auf die allerdings noch keine Antwort gegeben  werden  kann,
ist die nach  der  Interaktion  von  propositionaler  und  depiktionaler
Darstellung. Von Kosslyn wurde hierzu das 'Race' Modell vorgestellt, das
besagt, dass zur Loesung  eines  Problems  beide  Repraesentationen  und
Verarbeitungsmechanismen  parallel  benutzt  werden  und  derjenige  das
Ergebnis liefert, der zuerst zu einem solchen kommt.

Im   letzten   Vortrag   ging   Christoph  Schlieder  (Uni Hamburg)  von
sprachlichen Beschreibungen von  Ansichten  aus  ('der  Fernsehturm  ist
rechts   von   der   Kirche')   und  strebte  ebenfalls  eine  bildhafte
Repraesentation an, die der  Orientierung  an  Landmarken  dienen  soll.
Dabei geht es um die Abbildung der Lagebeziehung von  Objekten  und  die
Simulation   von   Ansichten.   Angestrebt   ist   eine  Repraesentation
angesiedelt  zwischen  metrischer  und  topologischer   Repraesentation.
Ausgangspunkt    fuer   seine   Betrachtungen   ist   der   geometrische
Anordnungsbegriff.

Zum Schluss des Workshops fand eine  gemeinsame  Diskussion  statt,  die
sich an Zusammenfassungen von Ch. Habel und  Herrn  Kriechbaum  von  der
Neurologischen  Universitaetsklinik  in  Tuebingen  anschloss.  Von  den
beiden Zusammenfassungen hier nur die wichtigsten Punkte.

Christopher Habel  hob  noch  einmal  hervor,  dass  man  sich  mit  dem
Raumproblem auch immer das Zeitproblem einhandelt. Er schlug deshalb als
Forschungsstrategie   vor,   sich   zuerst  mit  statischen  raeumlichen
Relationen zu beschaeftigen, da man dann  das  Zeitproblem  ausser  acht
lassen kann. Eine zentrale Stellung nimmt seiner Meinung nach die  Frage
nach  den  Repraesentationsformaten  fuer  raeumliches  Wissen  ein,  da
bekannt ist, dass propositionale Formate fuer einige  Zwecke  inadaequat
sind. Ein weiteres wesentliches Problem bei der Verarbeitung raeumlichen
Wissens stellt die 'closed-world vs. open-world Annahme' dar. Ist es so,
dass  die   Repraesentationsformate  fuer  closed-world  und  open-world
propositional bzw. depiktional sind? Eine der  Aufgaben  besteht  darin,
fuer diese Frage Entscheidungshilfen
zu finden.

Herr Kriechbaum fuehrte ein Beispiel aus der  Neurophysiologie  an,  das
verdeutlichen sollte, dass die Prozesse beim  Sprachverstehen  und  beim
Produzieren von Sprache  nicht  dieselben  sind.  Einem Patienten  wurde
eine Skizze vorgelegt, auf der eine Sonne, ein  Liegestuhl,  eine  Palme
und  Wasser  zu  sehen  war  und  er  wurde  gebeten  zu  sagen,  welche
Gegenstaende  auf  dem  Bild  seien.  Er  konnte   diese   Frage   nicht
beantworten, sondern hoechstens nach einiger Zeit  sagen:  'Irgendwo  im
Sueden'. Bat man ihn  jedoch,  eine  Palme,  einen  Liegestuhl  und  die
anderen  Gegenstaende  zu  zeichnen,  so  war  ihm  dies  ohne  weiteres
moeglich. Weiter fuehrte er noch aus, dass die  Neurophysiologie  nichts
ueber Kognition aussage und dass Repraesentationen natuerlicher  Systeme
'evolutionsgetestet' sind.

Am  Mittwoch  Vormittag  fand  eine   Exkursion   nach   Seewiesen   zum
Max-Planck-Institut fuer Verhaltensphysiologie,  Abt. Prof. Mittelstaedt
statt. In diesem Institut werden verschiedene Menschen- und Tierversuche
zur Ermittlung des Navigationsverhaltens bei Lebewesen gemacht.  Mehrere
der Workshopteilnehmer nahmen aktiv an  den  Versuchen  teil.  Besonders
hervorzuheben ist hier der Einsatz von  Gerd Herzog,  der  sich  in  der
Horizontalen um seine  Laengsachse  rotieren  liess  und  dabei  angeben
sollte, wann ihm ein vor ihm  auf  einem  Monitor  erscheinender  Strich
senkrecht erschien und das bei verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten.
Fuer ihn interessant war, dass sein subjektiver Eindruck seiner Bewegung
ueberhaupt nicht der tatsaechlichen Bewegung entsprach.

Der insgesamt sehr interessante und produktive Workshop fand  im  Besuch
des  Instituts  einen  hervorragenden   Abschluss.   Ich   moechte   den
Veranstaltern (Ch. Freksa und Ch. Habel) und Organisatoren des Workshops
meinen Dank aussprechen. Die Proceedings sollen  nach  der  Einarbeitung
des  Gedankenaustausches  waehrend  des  Workshops   erscheinen.   Obige
Zusammenfassungen der Vortraege sollen einen  kleinen  Vorgeschmack  auf
die Proceedings geben.

Hans-Joachim Novak
IBM Deutschland
Institut fuer wissensbasierte Systeme
Projekt LILOG
Postfach 80 08 80
7000 Stuttgart 80
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