人工智能在虛擬技術領域發展研究

楊靜宜 河北工程技術學院

人工智能在虛擬技術領域發展研究

楊靜宜 河北工程技術學院

隨著科學技術的不斷進步，人工智能、物聯網、虛擬現實等新技術已經改變了人們的生活方式。人工智能和虛擬現實技術都涉及到了計算機技術，在對這兩項技術進行研究時發現，智能虛擬環境是這兩項技術的共同點。本文主要對人工智能的虛擬仿真技術進行了分析，深入了解了人工智能的虛擬仿真技術的建模方式。

人工智能 虛擬技術 計算機圖形

時下如火如荼的虛擬現實技術的核心是對計算機數據進行可視化處理，實現人類在虛擬環境中與虛擬數字化對象的信息互動。而人工智能的核心人物則是同時對計算機的變成，使其具備特定的職能行為，這兩項技術都涉及到了計算機技術。在化工企業的設計和制造、教學行業的教育和培訓、醫學行業的遠程治療等方面，人工智能和虛擬現實技術正在給人們的生活帶來了巨大的影響，也推動著我國科技發展的高新技術。

1 基于人工智能的虛擬仿真技術

1.1 虛擬仿真技術

從上世紀90年代開始，全世界形成了對虛擬仿真技術的研究熱潮，虛擬現實技術在空間技術、遠程操縱、娛樂等方面獲得了成功。對于虛擬仿真技術來說，很多場景都是采用靜態三維立體技術來實現的，場景中全部物體都是靜態的，非主動沒有生命的，在現實世界中，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世界更加相似，為用戶營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，構建出一個整體的智能虛擬環境。

1.2 人工智能

人類為了從繁重的勞動中解放自己，企圖用機器來代替自己勞動，開始了對人工智能的研究。近些年，隨著互聯網的發展，語音識別、圖像識別等人工智能技術更是被人們用到日常生活中去。人工智能技術已經比較成熟，其中一些技術可以應用到行為仿真、推理和路徑規劃等方面。

1.3 人工智能與虛擬仿真技術的結合

智能虛擬環境是人工智能與虛擬仿真技術的結合，在智能虛擬環境中，用智能Agent來描述有生命的對象和虛擬人。它是一個較差學科研究課題，設計多個不同學科，包括人工智能、虛擬環境、計算機圖形等。將人工智能與虛擬仿真技術結合起來研究還處于起步階段，智能虛擬環境研究的內容包括：智能虛擬環境的結構和知識表示、智能Agent技術、環境中Avatar和虛擬生物的構模方法、智能虛擬環境中的人體動畫技術、智能生命的模擬、復雜動態場景的實時回執技術、智能交互等。

2 人工智能與虛擬仿真技術結合的實現

2.1 智能虛擬環境系統結構

把智能虛擬環境系統看成使由一組有生命特征的對象組成的虛擬世界，這些對象具有一定的智能性，并且能夠交互，這里的對象可以是環境中本來就有的對象，可以是虛擬人、虛擬生物等，也可以是登陸到系統中的用戶，這些對象在實現的時候用Agent來表示。

2.2 虛擬環境的建模

智能虛擬環境的模型的設計理念最初是由計算機建立圖片角色演變而來的，為了使智能性虛擬環境更加真實，智能特性虛擬對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。為了讓智能虛擬環境中的對象具有行為決策能力，需要在虛擬環境中搭建以下五個模塊：一是適用于各種計算機的決策模塊，二是虛擬智能對象狀態模塊，三是數據庫，四是虛擬智能對象行為模塊，五是虛擬環境和其他因素模塊。

2.3 關鍵技術

2．3．1 具有復雜行為和生命特征的對象構模方法。為了逼真地刻劃場景中的對象，針對不同對象，需綜合運用多種構模方法，對象的物理模型可以使用交互式基于圖像的構模方法獲取，即使用計算機視覺技術抽取虛擬物體的形狀和紋理。

2．3．2 面向 IVE 的人體動畫。人體動畫通常有兩種解決方法，一是建立龐大的人體姿勢庫，但是缺乏靈活性，建立包含任何人體姿勢的數據庫是不可能的。另外一種方式是研究人體的運動規律，從運動學、動力學角度出發來研究人體，機器人學在這方面有很多研究成果，可以生成很好的行為動畫。

2．3．3 智能生命的模擬。使用 ALife 中的認知構模方法，對虛擬仿真技術中的虛擬生物的形體和神經系統進行分別描述，保證高度的行為真實感。同時，利用棧結構來存儲動作，對規劃出的動作也進行實時評價來滿足虛擬環境要求。

2．3．4 圖形實時繪制。使用多種加速圖形繪制技術來保證系統的時性真實感；對不重要的圖形對象使用幾何簡化模型來繪制，把遠處的對象用紋理表示。把紋理圖像分為彩色信息和亮度信息，對彩色信息和亮度信息進行粗采樣，再合并，從而形成具有不同細節層次的紋理圖像，根據需要選用低分辨率圖像，可以大大提高速度。

2．3．5 虛擬環境中的智能人-機/人-人交互。從人的認知特性和行為需求出發，提出合適的用戶模型和認知模型，并根據各個特殊感知通道和行為通道的特點，結合用戶模型提出各個通道相應的交互方式，然后針對各類具體的交互任務，對必要的輸入通道進行整合。

[1]高法金.基于人工智能的虛擬仿真技術研究探析[J].和田師范專科學校學報（漢文綜合版）.2010,29（1）：178-179

[2]徐英瑾.虛擬現實：比人工智能更深層次的糾結[J].學術前沿.2016，（12）：8-26

2017年河北工程技術學院課題《人工智能在虛擬技術領域發展研究》研究成果（課題編號：2017HG10）。