仿人思维的类人机器人自主舞蹈创作研究

摘要

机器人舞蹈是机器人学与舞蹈学相交叉的一个重要研究领域，对它的研究不仅有助于发展人工智能、人-机器人交互，甚至是机器意识，而且还能够对机器人技术和舞蹈学学科产生重要的推动作用;同时，机器人舞蹈是社会机器人所承载的重要社会服务能力之一，具有重要的社会性作用。这样，对身处信息化时代的中国来说，机器人舞蹈的研究具有尤为重要的现实意义。
　　从本质上来说，机器人舞蹈是以机器人作为载体，以舞蹈作为蕴含内容的一种艺术表现形式;它主要侧重于研究怎样在机器人上表现舞蹈行为，并重点关注于两个问题:1)如何使机器人像人类一样舞蹈;2）如何使机器人产生和表演高品质的舞蹈。
　　本文首先系统性地探讨了机器人舞蹈的产生背景、社会性作用、对机器人技术以及舞蹈学学科的重要推动作用、以及对当代中国的现实意义。其次，梳理了机器人舞蹈领域的最新研究现状，并作了详细的综述与分析，提出了一种机器人舞蹈分类框架，将机器人舞蹈领域根据研究内容的不同分为四大类:合作式人-机器人舞蹈、人类舞蹈动作模仿、机器人舞蹈与音乐同步、以及机器人舞蹈创作。同时，根据分析结果发现了一个潜在规律，即高品质的机器人舞蹈需要同时具备三方面要求:1）保持人类舞蹈的本质特征;2）具有创新性;3）符合人类审美。另外，在机器人舞蹈创作子领域中，现有研究并未涉及到一个重要问题，即类人机器人如何才能具有像人类一样的思维来自主进行高品质舞蹈创作，进而确定出本文进一步的研究问题。
　　再次，本文探讨了人类的舞蹈创作思维及创作规律，并以此为借鉴，将其引入机器人舞蹈创作之中，提出了仿人思维的双足类人机器人自主舞蹈创作模型。在该模型中，通过构建类人机器人舞蹈表征空间来符号化表示舞蹈的内在要素;通过模仿学习方法实现对基本舞蹈元素的“模仿”，并提出了通过限制释放算法对新舞蹈元素的“想象”，进而构建类人机器人舞蹈记忆空间;通过在交互式进化计算中内嵌机器学习方法，提出了一种名为“半交互式进化计算”方法，实现对符合人类审美舞姿的自主搜寻;并借助所设计的平衡侦测与平衡补偿机制，实现了舞姿的平衡状态侦测及其舞蹈的平衡保证;然后，通过随机方法将若干个产生的舞姿联接形成一个舞蹈，从而完成类人机器人的自主舞蹈创作。
　　同时，基于上述模型的仿真实验，对实验结果进行了深入的分析，并邀请人类舞蹈专家对本模型所创作出的双足类人机器人舞蹈进行了评估，验证了本模型的可行性与效果。
　　通过模仿人类的舞蹈创作思维，类人机器人在舞蹈创作方面表现出了更加“类人”的自主行为，这不仅有助于进一步发展人工智能技术，而且也为机器人舞蹈创作方法提供了有益的补充。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状简述及存在的问题

1．3 研究目标与主要研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 机器人舞蹈综述及分析

2．1 机器人舞蹈分类概述

2．2 机器人舞蹈分类框架构建及研究现状分析

2．2．1 合作式人-机器人舞蹈

2．2．2 人类舞蹈动作模仿

2．2．3 机器人舞蹈与音乐同步

2．2．4 机器人舞蹈创作

2．3 机器人舞蹈总体分析

2．4 本章小结

第三章 仿人思维的双足类人机器人自主舞蹈创作模型框架

3．1 人类的舞蹈创作

3．2 仿人思维的双足类人机器人自主舞蹈创作模型框架

3．3 类人机器人舞蹈表征空间

3．4 实验与分析

3．4．1 实验方案

3．4．2 实验实施与分析

3．5 本章小结

第四章 舞蹈元素的模仿与想象

4．1 模仿学习基本舞蹈元素

4．2 基于限制释放算法的新舞蹈元素想象

4．2．1 基于认知发展心理学的限制释放算法原理

4．2．2 基于限制释放算法想象新舞蹈元素

4．3 实验结果与评价分析

4．3．1 实验结果

4．3．2 评价与分析

4．4 本章小结

第五章 舞姿进化与舞蹈生成

5．1 基于半交互式进化计算的符合人类审美舞姿搜寻

5．1．1 半交互式进化计算

5．1．2 使用半交互式进化计算搜寻好舞姿

5．2 舞蹈生成

5．3 平衡侦测与平衡补偿

5．4 实验结果与评价分析

5．4．1 实验结果

5．4．2 评价与分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表录用的学术论文