基于人工智能的虛擬仿真技術(shù)探究

劉津津　張雙雙

摘 要：現(xiàn)如今，隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)也得到了更好地發(fā)展。人們對(duì)于虛擬仿真、人工智能的研究程度也在逐漸加深，并取得了一定的成就。本文主要對(duì)基于人工智能的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)虛擬仿真智能結(jié)構(gòu)、環(huán)境、技術(shù)等的研究。

關(guān)鍵詞：人工智能 虛擬仿真 技術(shù) 研究

Research on Virtual Simulation Technology Based on Artificial Intelligence

Liu Jinjin，Zhang Shuangshuang

Abstract：Nowadays， with the continuous development of scientific information technology， virtual simulation technology has also been better developed. People's research on virtual simulation and artificial intelligence is gradually deepening， and certain achievements have been made. This paper mainly studies the virtual simulation technology based on artificial intelligence， through the research of virtual simulation intelligent structure， environment， technology， etc.

Key words：artificial intelligence， virtual simulation， technology， research

近幾年來(lái)，隨著信息科技的持續(xù)發(fā)展，人們非常熱衷于研究虛擬仿真技術(shù)，推動(dòng)了虛擬環(huán)境技術(shù)的更好發(fā)展。目前，虛擬環(huán)境技術(shù)在醫(yī)療、衛(wèi)生、教育、可視化、虛擬制造、建筑設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程操縱、空間技術(shù)、娛樂(lè)等領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。在運(yùn)用虛擬環(huán)境來(lái)模式真實(shí)世界時(shí)，很多虛擬場(chǎng)景中的人物或者場(chǎng)景都是沒(méi)有生命的，被動(dòng)且靜態(tài)的，一般都是一種三維的場(chǎng)景。但是在人們的真實(shí)世界中，很多場(chǎng)景和對(duì)象都是具有生命的，動(dòng)態(tài)且主動(dòng)的。為了能夠更好地將世界的真實(shí)性更好的模擬出來(lái)，重視基于人工智能的虛擬仿真技術(shù)的研究是非常有必要，也是虛擬環(huán)境技術(shù)持續(xù)發(fā)展與延伸的重要內(nèi)容。

1 虛擬仿真技術(shù)的概念及內(nèi)涵

虛擬仿真技術(shù)主要是一種人工智能或者人工生命技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體。在虛擬仿真環(huán)境中，一般有生命的對(duì)象與用戶的化身都用智能代理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)虛擬仿真技術(shù)也是一種交叉性學(xué)科，其主要涉及到方針、人工智能、人工生命、虛擬環(huán)境、計(jì)算機(jī)圖形、機(jī)器人等多種模型。虛擬仿真技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，能夠促進(jìn)虛擬環(huán)境技術(shù)變得更加真實(shí)，推動(dòng)了科技的進(jìn)步。

從當(dāng)前的虛擬環(huán)境角度來(lái)分析，運(yùn)用可見(jiàn)性裁剪技術(shù)、幾何簡(jiǎn)化技術(shù)以及對(duì)象的紋理技術(shù)等，能夠更好地對(duì)較為復(fù)雜的三維場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制。同時(shí)從構(gòu)造模型角度來(lái)分析，運(yùn)用圖像造型技術(shù)，能夠推動(dòng)工作量得到有效減少，促進(jìn)虛擬環(huán)境工具或者技術(shù)得到更好研發(fā)與應(yīng)用。在研究人工智能虛擬方針技術(shù)時(shí)，主要針對(duì)人體動(dòng)畫技術(shù)、虛擬生物建模、環(huán)境中的Avatar、智能Agent技術(shù)、實(shí)時(shí)復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的繪制技術(shù)、智能生命模擬技術(shù)、智能交互技術(shù)、知識(shí)推理技術(shù)以及知識(shí)表示技術(shù)等等。通過(guò)對(duì)這些技術(shù)的綜合且全面的研究，能夠促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)得到更好應(yīng)用[1]。

2 分析智能虛擬環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

在研究和分析智能虛擬環(huán)境體系結(jié)構(gòu)時(shí)，通常將智能虛擬環(huán)境系統(tǒng)當(dāng)做是由一組具有生命特征對(duì)象構(gòu)成的虛擬世界，而這些對(duì)象具有一定的交互性和智能性。同時(shí)這些有生命特征的對(duì)象是虛擬環(huán)境中的實(shí)際對(duì)象，通常是一些虛擬的生物、虛擬的人以及登錄到系統(tǒng)的某個(gè)用戶等等。為了能夠?qū)谌斯ぶ悄艿奶摂M仿真技術(shù)進(jìn)行更好地研究，分析、了解與掌握智能虛擬環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)與要點(diǎn)是非常有必要的。下面對(duì)智能虛擬環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析與探討：

2.1 對(duì)象構(gòu)模技術(shù)的研究

在研究以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬仿真技術(shù)時(shí)，為了能夠?qū)⑻摂M場(chǎng)景中的對(duì)象刻畫的更加逼真和真實(shí)，重視對(duì)生命特征、復(fù)雜行為的對(duì)象構(gòu)模方法的研究是非常有必要的。由于場(chǎng)景中的對(duì)象不同，其構(gòu)模的方法也不盡相同。對(duì)象構(gòu)模技術(shù)主要針對(duì)不同的物理模型，運(yùn)用交互式的圖像構(gòu)模方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象的構(gòu)模，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)虛擬物體的紋理與形象進(jìn)行抽取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)象構(gòu)模的目標(biāo)，提升對(duì)象構(gòu)模技術(shù)的應(yīng)用效果與水平。

2.2 人體動(dòng)畫技術(shù)的研究

在研究虛擬仿真環(huán)境技術(shù)時(shí)，人體動(dòng)畫技術(shù)是不可或缺的重要研究?jī)?nèi)容，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)人工智能虛擬仿真模型構(gòu)建目標(biāo)的重要技術(shù)。通常情況下，一般會(huì)根據(jù)人體的姿勢(shì)情況來(lái)建立較為龐大的人體姿勢(shì)庫(kù)，但是由于其靈活性不足，人體的動(dòng)作多而雜，動(dòng)作與動(dòng)作之間的組合方式也很多，如果建立所有人體姿勢(shì)的數(shù)據(jù)庫(kù)是不現(xiàn)實(shí)的。因此，為了能夠克服當(dāng)前人體動(dòng)畫技術(shù)上的難題，可以從動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合人體運(yùn)用的規(guī)律來(lái)進(jìn)行機(jī)器人學(xué)、人體學(xué)的研究，進(jìn)而有利于控制好人體的行為高層參數(shù)和行為動(dòng)畫，為智能虛擬仿真技術(shù)的研究提供幫助[2]。

2.3 模擬智能生命技術(shù)的研究

為了能夠提升行為的真實(shí)感，運(yùn)用認(rèn)知構(gòu)模方式來(lái)描述虛擬生物的神經(jīng)系統(tǒng)與形體，運(yùn)用人工智能的規(guī)劃、推理、知識(shí)表示等虛擬技術(shù)來(lái)對(duì)生物活動(dòng)進(jìn)行控制，這樣能夠促進(jìn)其行為真實(shí)感的更好提升。傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)不能夠?qū)μ摂M環(huán)境實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行更好地滿足，而要想增強(qiáng)其應(yīng)用的實(shí)時(shí)性，必須要改造其實(shí)時(shí)搜索的算法，并運(yùn)用棧結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)其規(guī)劃的動(dòng)作，從而促進(jìn)虛擬環(huán)境要求得到更好滿足。

2.4 實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)的研究

實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)有很多種，為了能夠提升系統(tǒng)的時(shí)性真實(shí)感，運(yùn)用多類實(shí)時(shí)繪制圖形技術(shù)是非常必要的，其能夠判斷可見(jiàn)性，對(duì)于看不見(jiàn)的對(duì)象盡可能不去繪制，對(duì)于重要性不強(qiáng)的圖形對(duì)象盡量運(yùn)用簡(jiǎn)化模型來(lái)?yè)]之，或者運(yùn)用紋理來(lái)表示遠(yuǎn)處的對(duì)象。當(dāng)前，隨著科技的進(jìn)步，硬件紋理映射操作的程度也在不斷加深，很多機(jī)器都可以實(shí)現(xiàn)其操作性能。但是如果紋理圖像過(guò)大，反復(fù)、頻繁的倒進(jìn)倒出紋理緩沖區(qū)，會(huì)對(duì)其操作速度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，我們通常會(huì)將紋理圖像按照亮度信息與彩色信息進(jìn)行區(qū)分。先粗略的采樣亮度信息和彩色信息，然后再將二者進(jìn)行合并，這樣能夠形成不同層次、不同細(xì)節(jié)的紋理圖像，再結(jié)合具體需要來(lái)進(jìn)行分辨率圖像的選擇，促進(jìn)其速度得到大大的提升。

2.5 智能人機(jī)交互技術(shù)研究

虛擬環(huán)境技術(shù)的發(fā)展涵蓋著輸入技術(shù)、跟蹤技術(shù)、先進(jìn)的顯示技術(shù)、三維圖形技術(shù)、虛擬聲音合成技術(shù)以及觸覺(jué)反饋技術(shù)等等，其目的是為了給用戶提供一種更加高效、自然的人機(jī)交互模式。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，虛擬環(huán)境技術(shù)推動(dòng)了傳統(tǒng)桌面人機(jī)交互技術(shù)與理論的改變，使得人們能夠非常自然的在虛擬環(huán)境中交互信息。但是由于受到軟硬件條件的約束和限制，人機(jī)自然、和諧的交互還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)。為了能夠解決這一問(wèn)題，從人的需求以及認(rèn)知特性出發(fā)，提出更為恰當(dāng)與合適的認(rèn)知與用戶模型，結(jié)合每個(gè)行為通道、特殊感知通道的特點(diǎn)以及用戶模型來(lái)提出更多更具針對(duì)性的交互方法，然后再結(jié)合不同種類的交互任務(wù)來(lái)整合輸入通道，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)和諧、自然、高效地和虛擬環(huán)境展開(kāi)實(shí)時(shí)性的交互。

2.6 推理及知識(shí)表示技術(shù)研究

在虛擬仿真環(huán)境中，為了能夠抽象的表示環(huán)境，對(duì)虛擬世界以及對(duì)象演變過(guò)程進(jìn)行更高級(jí)別的描述，運(yùn)用虛擬仿真環(huán)境中的推理技術(shù)和知識(shí)表示技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)和滿足這一要求。與此同時(shí)，在虛擬仿真技術(shù)與用戶進(jìn)行交互時(shí)，不能局限地直接操縱虛擬仿真環(huán)境中的操作對(duì)象，必須要開(kāi)展更高級(jí)別的交互，如自然語(yǔ)言的交互等等。智能虛擬環(huán)境技術(shù)要解釋用戶輸入通道，必須要將用戶端的輸入翻譯成高級(jí)的抽象表示以及虛擬環(huán)境中的動(dòng)態(tài)變化翻譯成抽象表示，從而發(fā)揮出智能虛擬方針技術(shù)的應(yīng)用作用與價(jià)值。

3 建模虛擬環(huán)境的研究

在進(jìn)行建模虛擬環(huán)境的研究過(guò)程中，主要針對(duì)行為建模與認(rèn)知建模這兩大方向來(lái)展開(kāi)研究。在研究行為建模時(shí)，主要是對(duì)于真實(shí)實(shí)體對(duì)象的行為模型盡可能的搜索和實(shí)現(xiàn)，按照行為建模模型，人們能夠?qū)π袨樯险鎸?shí)的虛擬實(shí)體進(jìn)行更好地構(gòu)造，從而奠定了虛擬環(huán)境中行為模式的基礎(chǔ)和前提。而在構(gòu)建虛擬環(huán)境行為模型時(shí)，要想將虛擬實(shí)體的動(dòng)態(tài)性更好、更真實(shí)的反映出來(lái)，并將其行為特征以及物理特性更好地展示出來(lái)，必須要進(jìn)行虛擬環(huán)境的行為建模工作，這樣對(duì)于智能虛擬環(huán)境技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)非常有利。而認(rèn)知建模研究的內(nèi)容主要是對(duì)人類學(xué)習(xí)、計(jì)劃、推力等問(wèn)題的展開(kāi)研究，對(duì)于Agent是否在一個(gè)虛擬環(huán)境中并不予考慮，這與其他環(huán)境或者情況下的職能Agent所面對(duì)的問(wèn)題都是相同的，也可以將這些問(wèn)題和依據(jù)看成是所有研究的基礎(chǔ)和前提。而在研究人工智能與虛擬環(huán)境結(jié)合技術(shù)時(shí)，研究的核心就是Agent方法，其也是人工智能領(lǐng)域中不可覆蓋和湮沒(méi)的內(nèi)容。在很早以前，對(duì)于agent的研究就已經(jīng)開(kāi)始，且非常積極和活躍，當(dāng)時(shí)就已經(jīng)開(kāi)過(guò)很多次會(huì)議來(lái)進(jìn)行agent的研究，組建了多個(gè)專家組或者技術(shù)組專門研究agent。但是以往的agent研究與現(xiàn)在的agent研究并不相同，以前的agent研究比較表面化，與智能虛擬環(huán)境技術(shù)缺乏有效的聯(lián)系和結(jié)合。而在本文中，agent的研究主要是一種智能虛擬環(huán)境技術(shù)或者方法，其包括虛擬的人、虛擬的演員、虛擬的agent、虛擬的場(chǎng)景、虛擬的物品以及用戶在虛擬環(huán)境中的化身等等。通過(guò)對(duì)當(dāng)前agent技術(shù)的研究與應(yīng)用，能夠促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)得到更好應(yīng)用，并促進(jìn)人工智能技術(shù)與人工智能水平的更好發(fā)展與提升[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在研究基于人工智能技術(shù)的虛擬仿真技術(shù)時(shí)，針對(duì)人工智能與虛擬環(huán)境的技術(shù)的研究是非常有必要的。由于智能的虛擬環(huán)境仿真技術(shù)涉及到的內(nèi)容和學(xué)科比較多和繁雜，如認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫學(xué)、機(jī)器人學(xué)、仿真學(xué)、人工生命學(xué)或者人工智能學(xué)科、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等等，這些都是研究智能虛擬環(huán)境仿真技術(shù)中不可或缺的重要內(nèi)容和技術(shù)。隨著智能虛擬環(huán)境技術(shù)的不斷發(fā)展，具有生命特征、支持多個(gè)參加者以及具有高度行為真實(shí)感的智能虛擬世界逐漸會(huì)以多樣化的形式面世，并對(duì)世界進(jìn)行重要改變，推動(dòng)世界科技向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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