楊靜宜 河北工程技術(shù)學(xué)院

人工智能在虛擬技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展研究

楊靜宜 河北工程技術(shù)學(xué)院

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)已經(jīng)改變了人們的生活方式。人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都涉及到了計(jì)算機(jī)技術(shù)，在對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，智能虛擬環(huán)境是這兩項(xiàng)技術(shù)的共同點(diǎn)。本文主要對(duì)人工智能的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行了分析，深入了解了人工智能的虛擬仿真技術(shù)的建模方式。

人工智能 虛擬技術(shù) 計(jì)算機(jī)圖形

時(shí)下如火如荼的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心是對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，實(shí)現(xiàn)人類在虛擬環(huán)境中與虛擬數(shù)字化對(duì)象的信息互動(dòng)。而人工智能的核心人物則是同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的變成，使其具備特定的職能行為，這兩項(xiàng)技術(shù)都涉及到了計(jì)算機(jī)技術(shù)。在化工企業(yè)的設(shè)計(jì)和制造、教學(xué)行業(yè)的教育和培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)行業(yè)的遠(yuǎn)程治療等方面，人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在給人們的生活帶來(lái)了巨大的影響，也推動(dòng)著我國(guó)科技發(fā)展的高新技術(shù)。

1 基于人工智能的虛擬仿真技術(shù)

1.1 虛擬仿真技術(shù)

從上世紀(jì)90年代開始，全世界形成了對(duì)虛擬仿真技術(shù)的研究熱潮，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在空間技術(shù)、遠(yuǎn)程操縱、娛樂等方面獲得了成功。對(duì)于虛擬仿真技術(shù)來(lái)說(shuō)，很多場(chǎng)景都是采用靜態(tài)三維立體技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，場(chǎng)景中全部物體都是靜態(tài)的，非主動(dòng)沒有生命的，在現(xiàn)實(shí)世界中，這些都是有生命力的事物，與虛擬世界形成了很大的反差。為了使虛擬世界與真實(shí)世界更加相似，為用戶營(yíng)造了身臨其境的效果，在虛擬世界中加入了有生命力的事物，構(gòu)建出一個(gè)整體的智能虛擬環(huán)境。

1.2 人工智能

人類為了從繁重的勞動(dòng)中解放自己，企圖用機(jī)器來(lái)代替自己勞動(dòng)，開始了對(duì)人工智能的研究。近些年，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等人工智能技術(shù)更是被人們用到日常生活中去。人工智能技術(shù)已經(jīng)比較成熟，其中一些技術(shù)可以應(yīng)用到行為仿真、推理和路徑規(guī)劃等方面。

1.3 人工智能與虛擬仿真技術(shù)的結(jié)合

智能虛擬環(huán)境是人工智能與虛擬仿真技術(shù)的結(jié)合，在智能虛擬環(huán)境中，用智能Agent來(lái)描述有生命的對(duì)象和虛擬人。它是一個(gè)較差學(xué)科研究課題，設(shè)計(jì)多個(gè)不同學(xué)科，包括人工智能、虛擬環(huán)境、計(jì)算機(jī)圖形等。將人工智能與虛擬仿真技術(shù)結(jié)合起來(lái)研究還處于起步階段，智能虛擬環(huán)境研究的內(nèi)容包括：智能虛擬環(huán)境的結(jié)構(gòu)和知識(shí)表示、智能Agent技術(shù)、環(huán)境中Avatar和虛擬生物的構(gòu)模方法、智能虛擬環(huán)境中的人體動(dòng)畫技術(shù)、智能生命的模擬、復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)回執(zhí)技術(shù)、智能交互等。

2 人工智能與虛擬仿真技術(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)

2.1 智能虛擬環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

把智能虛擬環(huán)境系統(tǒng)看成使由一組有生命特征的對(duì)象組成的虛擬世界，這些對(duì)象具有一定的智能性，并且能夠交互，這里的對(duì)象可以是環(huán)境中本來(lái)就有的對(duì)象，可以是虛擬人、虛擬生物等，也可以是登陸到系統(tǒng)中的用戶，這些對(duì)象在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候用Agent來(lái)表示。

2.2 虛擬環(huán)境的建模

智能虛擬環(huán)境的模型的設(shè)計(jì)理念最初是由計(jì)算機(jī)建立圖片角色演變而來(lái)的，為了使智能性虛擬環(huán)境更加真實(shí)，智能特性虛擬對(duì)象要具備兩方面的模型：一是具備可信的相似事物的外貌特征，二是具備可信的相似事物的行為。為了讓智能虛擬環(huán)境中的對(duì)象具有行為決策能力，需要在虛擬環(huán)境中搭建以下五個(gè)模塊：一是適用于各種計(jì)算機(jī)的決策模塊，二是虛擬智能對(duì)象狀態(tài)模塊，三是數(shù)據(jù)庫(kù)，四是虛擬智能對(duì)象行為模塊，五是虛擬環(huán)境和其他因素模塊。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2．3．1 具有復(fù)雜行為和生命特征的對(duì)象構(gòu)模方法。為了逼真地刻劃場(chǎng)景中的對(duì)象，針對(duì)不同對(duì)象，需綜合運(yùn)用多種構(gòu)模方法，對(duì)象的物理模型可以使用交互式基于圖像的構(gòu)模方法獲取，即使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)抽取虛擬物體的形狀和紋理。

2．3．2 面向 IVE 的人體動(dòng)畫。人體動(dòng)畫通常有兩種解決方法，一是建立龐大的人體姿勢(shì)庫(kù)，但是缺乏靈活性，建立包含任何人體姿勢(shì)的數(shù)據(jù)庫(kù)是不可能的。另外一種方式是研究人體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)來(lái)研究人體，機(jī)器人學(xué)在這方面有很多研究成果，可以生成很好的行為動(dòng)畫。

2．3．3 智能生命的模擬。使用 ALife 中的認(rèn)知構(gòu)模方法，對(duì)虛擬仿真技術(shù)中的虛擬生物的形體和神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行分別描述，保證高度的行為真實(shí)感。同時(shí)，利用棧結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)動(dòng)作，對(duì)規(guī)劃出的動(dòng)作也進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)來(lái)滿足虛擬環(huán)境要求。

2．3．4 圖形實(shí)時(shí)繪制。使用多種加速圖形繪制技術(shù)來(lái)保證系統(tǒng)的時(shí)性真實(shí)感；對(duì)不重要的圖形對(duì)象使用幾何簡(jiǎn)化模型來(lái)繪制，把遠(yuǎn)處的對(duì)象用紋理表示。把紋理圖像分為彩色信息和亮度信息，對(duì)彩色信息和亮度信息進(jìn)行粗采樣，再合并，從而形成具有不同細(xì)節(jié)層次的紋理圖像，根據(jù)需要選用低分辨率圖像，可以大大提高速度。

2．3．5 虛擬環(huán)境中的智能人-機(jī)/人-人交互。從人的認(rèn)知特性和行為需求出發(fā)，提出合適的用戶模型和認(rèn)知模型，并根據(jù)各個(gè)特殊感知通道和行為通道的特點(diǎn)，結(jié)合用戶模型提出各個(gè)通道相應(yīng)的交互方式，然后針對(duì)各類具體的交互任務(wù)，對(duì)必要的輸入通道進(jìn)行整合。

[1]高法金.基于人工智能的虛擬仿真技術(shù)研究探析[J].和田師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)（漢文綜合版）.2010,29（1）：178-179

[2]徐英瑾.虛擬現(xiàn)實(shí)：比人工智能更深層次的糾結(jié)[J].學(xué)術(shù)前沿.2016，（12）：8-26

2017年河北工程技術(shù)學(xué)院課題《人工智能在虛擬技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展研究》研究成果（課題編號(hào)：2017HG10）。