[pt] Esta tese é focada em jogos sérios que simulam situações realistas. O objetivo destes jogos vai além do mero entretenimento para outras áreas, tais como treinamento, por exemplo. Como algumas áreas da Ciência da Computação já fornecem métodos e ferramentas para a simulação de situações realistas, é altamente desejável que possamos usá-los neste tipo de jogos sérios. Esta tese introduz um novo framework no qual técnicas de simulação oriundas de diferentes áreas, tais como modelagem e simulação, sistemas de informação geográfica e sistemas multi-agentes, podem ser integradas em uma arquitetura de jogos sérios. A solução proposta resultou na concepção de um novo paradigma para modelagem de simulações chamado de simulação orientada a processos, que combina aspectos diferentes dos paradigmas mais tradicionais de simulação orientada a objetos e simulação orientada a agentes. A ideia principal da simulação orientada a processos é a separação entre o estado e o comportamento das entidades envolvidas na simulação. Esta característica favorece a modularização de comportamentos complexos e a integração em uma única simulação de diferentes modelos de simulação que interferem entre si. Baseado no paradigma de simulação orientada a processos, foi desenvolvida uma extensão do conhecido formalismo de simulações DEVS, chamada Process-DEVS, para a modelagem de simulações baseadas em eventos discretos. Alguns formalismos, tais como workflows e processos em espaços celulares, foram mapeados para o Process-DEVS e testados na implementação de dois sistemas: um jogo de treinamento e um sistema de planejamento de contingência, ambos projetados para a indústria de gás e petróleo. / [en] This thesis focuses on serious games that simulate realistic situations. The objectives of such games go beyond mere entertainment to fields such as training, for example. Since other areas of Computer Science provide methods and tools for simulating and reasoning about real situations, it is highly desirable to use them in this kind of serious games. This thesis introduces a new framework on which simulation techniques from different areas, such as modeling and simulation, geographic information systems and multi-agent systems, can be integrated into a serious game architecture. The proposed solution resulted in the conception of a novel simulation modeling paradigm, named process-oriented simulation (POS), which combines different aspects of the more traditional object-oriented simulation (OOS) and agent-oriented simulation (AOS) paradigms. The main idea of POS is the separation between state and behavior of the entities involved in the simulation. This characteristic favours the modularization of complex behaviors and the integration of different and interfering simulation models into a single simulation. Based on the POS paradigm, a discrete-event simulation formalism named Process-DEVS was developed as an extension of the well-known DEVS simulation formalism. Some formalisms, such as workflows and cell space processes, were mapped to Process-DEVS and tested in the implementation of two systems: an emergency training game and a contingency planning system, both designed for the oil and gas industry.

[pt] Esta dissertação apresenta um framework para simulação de um ambiente de microbacias como serious game, onde o compromisso de representação mais realista de personagens, processos e ambientes está alinhado com as características usuais de jogos de entretenimento. O jogo tem por objetivo auxiliar na educação e na discussão de tópicos sobre sustentabilidade econômica e preservação do meio ambiente. Além da simulação física do terreno, este trabalho agrega uma nova funcionalidade ao simulador capaz de simular a interação dos habitantes de uma microbacia com o terreno e a interação entre eles na forma de um jogo. O framework permite a implementação de lógicas nos agentes, que simulam os habitantes, e as conjurações para atualização de preços e de valores de produção. / [en] This dissertation presents a framework for the simulation of a watershed environment as a serious game, where the commitment of a more realistic representation of characters, processes and environment is aligned with the usual features of entertaining games. The game aims to assist education and discussing topics on economic sustainability and environmental preservation. In addition to the physical simulation of the terrain, this work adds a new functionality to the simulator which makes it capable of simulating the interaction of the inhabitants of a small watershed with the terrain and the interaction between them as a game. The framework allows us to implement logic in the agents that simulate inhabitants, and the settings for updating prices and values of production.