何金金,方 平,王玉芬

(濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東 濟(jì)寧 272037)

0 引言

人工智能技術(shù)的高速發(fā)展和滲透極大程度地改變了人們的生活、工作方式,而虛擬仿真技術(shù)作為人工智能技術(shù)的科技延伸,其被廣泛應(yīng)用軍事、航天、醫(yī)療、教育、旅游、影視、地產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)采集,以及虛擬情景搭建,全面促進(jìn)了我國(guó)科技高新技術(shù)的不斷創(chuàng)新?；诖?應(yīng)充分掌握人工智能虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn),結(jié)合不同領(lǐng)域的科技需求制定可行性的人工智能虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用方案,保證人工智能虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的仿真性能及可靠性,為實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)的長(zhǎng)效發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1 基于人工智能虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用類型的分析

1.1 虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是人工智能及人工生命技術(shù)和虛擬環(huán)境技術(shù)相融合的現(xiàn)代化綜合性技術(shù)。在虛擬仿真環(huán)境中,需要根據(jù)生命對(duì)象和指定用戶的各項(xiàng)特點(diǎn)擬定智能代理,即:依照現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景、人物動(dòng)態(tài)等特征予以虛擬化,以此實(shí)現(xiàn)虛擬仿真的目的。另外,虛擬仿真技術(shù)類屬交叉性技術(shù),其涉及了人工智能、人工生命、虛擬環(huán)境以及計(jì)算機(jī)圖形和機(jī)器人等多種專業(yè)模型,且大多場(chǎng)景均采用了三維立體技術(shù),立足于虛擬環(huán)境角度來(lái)說(shuō),靈活應(yīng)用可見性裁剪技術(shù)、幾何簡(jiǎn)化技術(shù)及紋理技術(shù)等對(duì)復(fù)雜的三維場(chǎng)景予以精細(xì)化繪制[1]。在此基礎(chǔ)上,還可從構(gòu)造模型視角出發(fā)利用圖像造型技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)景仿真,充分發(fā)揮出虛擬環(huán)境工具及技術(shù)的效用價(jià)值,構(gòu)建完整的智能虛擬環(huán)境(intelligent virtual environments,IVE)。而常見的虛擬仿真技術(shù)包含了人體動(dòng)畫技術(shù)、環(huán)境中的Avatar、智能Agent技術(shù)、虛擬生物建模和智能生命模擬技術(shù)等,在具體應(yīng)用中可根據(jù)虛擬仿真需求靈活采用相應(yīng)技術(shù),以此保證虛擬仿真技術(shù)的適應(yīng)性,同時(shí)也可采取組合式技術(shù)強(qiáng)化虛擬仿真技術(shù)的綜合性及高效性,提高虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用水平。

1.2 人工智能

人工智能又稱AI,其主要用于效仿、拓展和擴(kuò)大人類智能方式、技能、理論知識(shí)而予以開發(fā)和應(yīng)用的高新技術(shù),通常以人工制造、生產(chǎn)的智能化機(jī)器為主,借助電子信息技術(shù)、結(jié)合計(jì)算機(jī)程序完成相應(yīng)的人工指令,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化操作任務(wù)。在我國(guó)制造業(yè)和科學(xué)技術(shù)深入發(fā)展融合的情況,人工智能行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)政策、資金投入的主導(dǎo)方向。人工智能技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中需要依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng),其類屬智能化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的分支,在對(duì)智能本質(zhì)進(jìn)行全面了解的基礎(chǔ)上,可進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)并構(gòu)建全新的可同人類智能做出相似反應(yīng)的智能化設(shè)備,進(jìn)而滿足高品質(zhì)生產(chǎn)、生活需求[2]。據(jù)了解,該領(lǐng)域中主要包含了人工智能機(jī)器人、智能化語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、圖像智能化識(shí)別系統(tǒng)以及自然語(yǔ)音處理系統(tǒng)和專家系統(tǒng)等。

1.3 人工智能結(jié)合虛擬仿真技術(shù)

在人工智能同虛擬仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合的背景下,可實(shí)現(xiàn)智能虛擬環(huán)境的構(gòu)成,其涵蓋了虛擬環(huán)境和人工智能等兩項(xiàng)專業(yè)技術(shù)。受此環(huán)境的影響,針對(duì)賦予生命的事物可用智能代理(intelligent agent)表示;而虛擬仿真技術(shù)的同樣可以采用智能代理對(duì)用戶化身,即Avatar予以表示。據(jù)了解,智能虛擬環(huán)境(IVE)具有一定的多樣性和綜合性,其涉及范圍較廣,通常包含了虛擬環(huán)境涉及課程、人工生命鉆研課程、技術(shù)仿真課程和計(jì)算機(jī)繪圖課程、機(jī)器人制作課程等,為滿足現(xiàn)代化高標(biāo)準(zhǔn)的虛擬環(huán)境仿真效果,則需加強(qiáng)人工智能及虛擬仿真的有機(jī)結(jié)合,充分利用整合優(yōu)勢(shì)提高高新技術(shù)的有效應(yīng)用,促進(jìn)我國(guó)科技的穩(wěn)定發(fā)展[3]。

2 人工智能視域下虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 模糊信息的處理效率得以提升

模糊信息主要是因模糊現(xiàn)象而產(chǎn)生的非定量、不精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息,部分模糊信息通過(guò)一定的處理后可轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在虛擬仿真場(chǎng)景中大量的模糊信息會(huì)影響技術(shù)人員對(duì)場(chǎng)景信息的準(zhǔn)確判斷,進(jìn)而會(huì)降低場(chǎng)景仿真效果,并且在虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中極易受到不穩(wěn)定因素的影響,無(wú)法對(duì)大量的模糊信息進(jìn)行精準(zhǔn)處理。然而,將人工智能技術(shù)融入到虛擬仿真技術(shù)中可有效彌補(bǔ)兩者不足,促使兩者以相輔相成的操作方式對(duì)相應(yīng)的模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,在充分發(fā)揮兩者技術(shù)整合優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)未知問(wèn)題的有效處理,進(jìn)一步提高模糊信息的處理精度,強(qiáng)化虛擬仿真技術(shù)的可靠性,保障虛擬仿真場(chǎng)景的最終效果。

2.2 提高大量數(shù)據(jù)處理能力

依照用戶要求開展虛擬仿真工作時(shí),需要對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,但現(xiàn)階段各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息逐漸增多、數(shù)據(jù)形式愈發(fā)復(fù)雜、數(shù)據(jù)內(nèi)容呈現(xiàn)多樣化。為全面提升虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用效率,可根據(jù)不同場(chǎng)景的仿真特點(diǎn)和用戶需求選擇相應(yīng)合適的人工智能技術(shù),進(jìn)而依照虛擬仿真的具體流程對(duì)復(fù)雜且豐富的數(shù)據(jù)信息予以計(jì)算、處理,在此過(guò)程中可按照不同層次、不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息實(shí)施針對(duì)性處理工作。在虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中將人工智能技術(shù)及其系統(tǒng)融入其中可充分利用信息化技術(shù)的計(jì)算功能和人工智能的智能化技術(shù)對(duì)多樣化的復(fù)雜數(shù)據(jù)以及高、低層次的數(shù)據(jù)信息展開精密的處理工作,深入挖掘潛在的可用數(shù)據(jù),充分發(fā)揮出人工智能技術(shù)的高效化水平,提升虛擬仿真技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力,實(shí)現(xiàn)工作效率的提升。

2.3 實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景模擬的數(shù)字化轉(zhuǎn)變

在虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)不同數(shù)據(jù)予以實(shí)時(shí)傳輸,由此才能保證各類場(chǎng)景仿真的時(shí)效性及真實(shí)性,而數(shù)字信號(hào)便是數(shù)據(jù)傳輸中的主要介質(zhì),在虛擬仿真技術(shù)和人工智能技術(shù)的高效應(yīng)用下,為數(shù)字化信息的傳輸提供快捷通道,如此一來(lái)不僅能降低傳輸成本、縮減傳輸時(shí)長(zhǎng),還能大幅度提升數(shù)字化信息傳輸?shù)木_性和時(shí)效性,為虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用提供了更加可靠的行動(dòng)指令。另外,在人工智能技術(shù)的支持下還可創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái),利用人工智能技術(shù)的存儲(chǔ)功能可對(duì)大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)存儲(chǔ),對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行虛擬仿真時(shí)可根據(jù)具體情況對(duì)不同數(shù)據(jù)予以調(diào)取,以便滿足不同用戶的差異化要求,提高人工智能及虛擬仿真技術(shù)的服務(wù)水平,充分發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)取不同區(qū)域數(shù)據(jù)的功能性價(jià)值,為技術(shù)人員及用戶提供可實(shí)時(shí)查看和獲取的服務(wù),對(duì)人工智能和虛擬仿真技術(shù)的長(zhǎng)效發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

3 人工智能虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

在對(duì)人工智能虛擬仿真體系進(jìn)行綜合分析時(shí)發(fā)現(xiàn),智能虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由生命特征對(duì)象構(gòu)成的虛擬場(chǎng)景,其均有著一定的智能性和交互性,為了加強(qiáng)人工智能和虛擬仿真技術(shù)的融合深度,應(yīng)深入探索智能虛擬仿真體系的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用要點(diǎn),充分掌握各項(xiàng)智能化技術(shù)的有效應(yīng)用[4]。下面針對(duì)人工智能虛擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)及其要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

3.1 對(duì)象構(gòu)模技術(shù)要點(diǎn)

基于人工智能技術(shù)對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行深入研究時(shí),應(yīng)注意強(qiáng)調(diào)虛擬場(chǎng)景對(duì)象繪制的真實(shí)性和逼真性。在具體構(gòu)建過(guò)程中要充分考慮不同場(chǎng)景中對(duì)象的構(gòu)建特征,根據(jù)虛擬仿真要求采取相應(yīng)合適的構(gòu)建方法,選擇不同形式的物理模型,通常情況下為保證對(duì)象物理模型構(gòu)建的真實(shí)性,可優(yōu)先選用交互式圖像構(gòu)建技術(shù)實(shí)施具體操作,結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)虛擬物體的細(xì)節(jié)紋理和形象等予以合理抽取并調(diào)整,進(jìn)而了解對(duì)象構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn),保證虛擬對(duì)象構(gòu)建的真實(shí)性,確保最終的虛擬仿真效果能達(dá)到虛擬對(duì)象的構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)對(duì)象構(gòu)模技術(shù)專業(yè)水平的提升。

3.2 人體動(dòng)畫技術(shù)要點(diǎn)

人體動(dòng)畫技術(shù)是人工智能虛擬仿真體系中的重要技術(shù)內(nèi)容。為滿足不同人體動(dòng)畫的仿真要求,技術(shù)人員可根據(jù)仿真目標(biāo)構(gòu)建足夠龐大的人體姿勢(shì)庫(kù),但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意由于其缺乏一定的靈動(dòng)性,且人體動(dòng)作組合方式較為復(fù)雜多變,因此僅依靠人體姿勢(shì)庫(kù)對(duì)人體各類姿勢(shì)進(jìn)行虛擬仿真較為困難。對(duì)此,在對(duì)人體姿勢(shì)組合特點(diǎn)、人體行動(dòng)特點(diǎn)及人體動(dòng)畫技術(shù)應(yīng)用方式進(jìn)行綜合分析后可立足于動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)角度出發(fā)依照人體行動(dòng)規(guī)律開展機(jī)器人學(xué)和人體學(xué)的研究,在充分做好初期準(zhǔn)備工作后對(duì)高階人體動(dòng)畫規(guī)律予以確定,參考前期收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)人體動(dòng)畫予以精準(zhǔn)控制,進(jìn)而滿足人體行為動(dòng)畫的虛擬仿真要求,以期呈現(xiàn)出更加真實(shí)的仿真效果。

3.3 智能生命模擬技術(shù)要點(diǎn)

智能生命模擬技術(shù)可極大程度地提高仿真行動(dòng)的真實(shí)感,采取認(rèn)知構(gòu)模方式對(duì)虛擬生物的神經(jīng)系統(tǒng)和形體進(jìn)行描述,借助人工智能的規(guī)劃、推理和知識(shí)表示等虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生物活動(dòng)的有效控制,進(jìn)而提高其行為真實(shí)感,強(qiáng)化虛擬仿真的專業(yè)化水平。據(jù)了解,傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)無(wú)法對(duì)虛擬場(chǎng)景中的各生命的行為動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,無(wú)法滿足虛擬環(huán)境的時(shí)效性需求,因此依托現(xiàn)代人工智能技術(shù)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行仿真模擬時(shí)應(yīng)加強(qiáng)人工智能及虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性,根據(jù)現(xiàn)代化人工智能的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)時(shí)搜索算法予以優(yōu)化調(diào)整,積極采用棧結(jié)構(gòu)對(duì)相關(guān)動(dòng)作進(jìn)行有效存儲(chǔ),并在虛擬仿真過(guò)程中對(duì)智能生命的模擬效果和行為動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià),保證各項(xiàng)虛擬仿真動(dòng)作的效果,確保能達(dá)到高水平虛擬環(huán)境的仿真要求[5]。

3.4 智能人機(jī)交互技術(shù)要點(diǎn)

在我國(guó)科技水平不斷提升的新時(shí)期背景下,虛擬仿真技術(shù)中涉及了多項(xiàng)專業(yè)技術(shù),其中包含了跟蹤技術(shù)、輸入技術(shù)、先進(jìn)顯示技術(shù)、三維圖形技術(shù)、觸覺反饋技術(shù)以及虛擬聲音合成技術(shù)等,在虛擬仿真場(chǎng)景中可根據(jù)用戶要求借助技術(shù)整合優(yōu)勢(shì)以更加高效、自然的人機(jī)交互模式提高虛擬仿真效果,加之現(xiàn)代人工智能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了人機(jī)交互技術(shù)與理論的融合深度,使得虛擬環(huán)境中交互信息更加自然。以往,在構(gòu)建虛擬環(huán)境時(shí)受到軟硬件的約束,人機(jī)和諧交互效果并不理想,為有效解決此問(wèn)題,可基于用戶需求和認(rèn)知特性確定更加符合用戶認(rèn)知的模型,依照各行為通道、特殊感知通道的綜合性特點(diǎn)及合適的用戶模型制定精細(xì)化、針對(duì)性的交互方法,同時(shí)根據(jù)不同類型的交互任務(wù)對(duì)輸入通道予以整合,由此滿足虛擬環(huán)境中開展實(shí)時(shí)性的和諧交互行為。

3.5 實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)要點(diǎn)

運(yùn)用實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)有利于提高虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)真實(shí)感,而多類實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)能夠?qū)梢娦浴⒉豢梢娦缘膶?duì)象進(jìn)行合理判斷,進(jìn)而確定其是否可以開展繪制工作,針對(duì)沒(méi)有特殊要求的圖形對(duì)象可優(yōu)先選用簡(jiǎn)化模型進(jìn)行仿真,又或采用紋理表示遠(yuǎn)距離對(duì)象?，F(xiàn)階段,硬件紋理的映射操作難度不斷提升,當(dāng)紋理圖像較大且頻繁進(jìn)出紋理緩沖區(qū)時(shí),便會(huì)進(jìn)一步增加對(duì)其操作速度的影響。因此,在虛擬仿真環(huán)節(jié)技術(shù)人員可依照亮度信息、色彩基礎(chǔ)對(duì)紋理圖像進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分,在確定圖像采樣數(shù)據(jù)和彩色數(shù)據(jù)的前提下,將兩者予以有效整合,以此形成不同層次、不同細(xì)節(jié)的紋理圖像,最后根據(jù)仿真要求對(duì)圖像分辨率進(jìn)行適應(yīng)性選擇,借助實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)提高虛擬仿真系統(tǒng)的構(gòu)建效率[6]。

在對(duì)圖形或圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制時(shí)可利用人工智能配合計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)仿真圖像進(jìn)行全面分析,精準(zhǔn)識(shí)別不同形式圖像或目標(biāo),獲取最終數(shù)據(jù)。此項(xiàng)技術(shù)主要基于人類對(duì)圖像的識(shí)別過(guò)程中,通過(guò)提取圖像中突出性特征對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和整合,然后將識(shí)別出的數(shù)據(jù)信息整理為相對(duì)完整的知覺影響,進(jìn)而完成目標(biāo)識(shí)別和虛擬仿真的任務(wù)。在仿真過(guò)程中要依照?qǐng)D形或圖像中突出特征及特征屬性在分類仿真模塊中對(duì)其進(jìn)行判定,依照最終的特征信息予以精準(zhǔn)仿真,強(qiáng)化虛擬仿真的可靠性和精細(xì)化程度,保證不同圖形、圖像仿真的真實(shí)性。

3.6 推理及知識(shí)表示技術(shù)要點(diǎn)

抽象化環(huán)境形式是虛擬仿真環(huán)境中的重要組成部分,在虛擬對(duì)象演變過(guò)程中利用推理及知識(shí)表示技術(shù)可對(duì)其予以更高級(jí)別的描述。當(dāng)采用虛擬仿真技術(shù)對(duì)用戶進(jìn)行交互時(shí),可突破操縱虛擬仿真環(huán)境中操作對(duì)象的限制,及時(shí)進(jìn)行高級(jí)別的自然語(yǔ)言交互等動(dòng)作。在此環(huán)節(jié),對(duì)于用戶輸入通道來(lái)說(shuō),可應(yīng)用智能虛擬環(huán)境技術(shù)對(duì)用戶端的輸入通道以更高級(jí)別的抽象化方式予以表示,同時(shí)還可將虛擬環(huán)境中的動(dòng)態(tài)變化以抽象化形式表示,以此發(fā)揮智能虛擬仿真技術(shù)的效用價(jià)值[7]。

4 人工智能與虛擬仿真技術(shù)的綜合應(yīng)用

為強(qiáng)調(diào)虛擬世界的真實(shí)性和還原度,可將智能虛擬環(huán)境視為具有生命特征的對(duì)象,并且需要具備一定的智能化特征,能夠?qū)崿F(xiàn)相互交換的要求,同時(shí)這個(gè)設(shè)定對(duì)象是要在現(xiàn)實(shí)世界存在且能夠通過(guò)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行虛構(gòu)的。在綜合應(yīng)用過(guò)程中,可通過(guò)高級(jí)概念層對(duì)上層傳達(dá)的指令進(jìn)行細(xì)致分析,將分析后的結(jié)果作為物理表示層中各對(duì)象發(fā)生的變化,在此基礎(chǔ)上,可將物理表示層中各對(duì)象發(fā)生的變化進(jìn)行虛擬轉(zhuǎn)換,以此將具有代表意義的知識(shí)表示傳遞至Agent層,實(shí)現(xiàn)最終決策目的。

此外,智能虛擬環(huán)境模型的建設(shè)是由計(jì)算機(jī)建立圖片角色演變而來(lái)的,構(gòu)建初期要保證虛擬對(duì)象具備可信的相似事物的外貌特征、具備可信的相似事物的行為。為強(qiáng)調(diào)虛擬環(huán)境氛圍的真實(shí)性,可靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)處理,在深入分析各項(xiàng)虛擬數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)智能虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄,借助智能虛擬決策模塊實(shí)施針對(duì)性仿真技術(shù),優(yōu)化虛擬環(huán)境的細(xì)節(jié)仿真,完成各環(huán)境模塊的虛擬仿真需求。

5 結(jié)語(yǔ)

人工智能的發(fā)明和應(yīng)用極大程度改善了人們的生活品質(zhì),在日常應(yīng)用中充分體現(xiàn)了人工智能的多元化工作特點(diǎn),而人工智能和虛擬仿真技術(shù)的有效融合有著相輔相成、相互促進(jìn)的作用,人工智能技術(shù)可為虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供更多途徑。人工智能技術(shù)作為虛擬仿真技術(shù)高效發(fā)展的基礎(chǔ)保障,可實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化虛擬仿真體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo),在對(duì)大量虛擬仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行集中化高效處理的同時(shí)還可提高虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用效率,強(qiáng)化仿真對(duì)象的真實(shí)性,促進(jìn)具有生命特征、賦有高度行為真實(shí)感的智能化虛擬場(chǎng)景以多樣化、多元化形式呈現(xiàn),通過(guò)整合人工智能及虛擬仿真技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)為更多用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的智能化服務(wù),不斷完善傳統(tǒng)科技的不足,促進(jìn)人工智能及虛擬仿真技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。