具有情感的自主化虚拟人关键技术研究

摘要

虚拟人(virtualhuman或computersynthesizedcharacters)是人在计算机生成空间(虚拟环境)中的几何特性与行为特性的表示。虚拟人研究的最终目的是使虚拟人能够在任意需要它的虚拟场景中使用，以重构真实的世界。早在二十世纪七十年代，计算机图形学界的研究人员就开始了虚拟人相关的研究工作。早期虚拟人技术的研究集中在人体建模和底层动作控制技术。随着上述技术的日趋成熟，行为建模和情感建模成为目前的研究热点。其中，自主化的虚拟人(AutonomousVirtualHuman)是动态虚拟环境的重要组成部分。 虚拟人技术研究涉及到计算机图形学、运动学和动力学、多功能感知、人工智能和虚拟现实等多个学科，是一个交叉应用学科。本文在提出了将虚拟人和智能体(Agent)相结合的新方法基础上，建立了具有欲望、情感和学习能力的自主化虚拟人的系统原型，以推广这一领域的技术在实际工作生活中的应用。文章介绍了作者在这些方面的工作以及取得的进展，同时还涉及到人体建模与运动控制方面的成果，具体内容如下：要实现人在三维虚拟环境中的具有真实感的再现，不仅要通过几何建模模拟人体的外观，还要通过运动控制逼真地模拟人体的运动。虚拟人的行为建模旨在使虚拟人具有自主感知、智能和行为，并能够分析和反应合成虚拟场景中的特定情况。本文采用模糊逻辑系统(FuzzyLogicalSystem)来建构自主化虚拟人的行为模型。在虚拟人进行行为选择的过程中采用模糊逻辑控制，能够帮助我们表现在人类交往过程中常识性推理和决策制定的内在不确定性。 心理学和神经科学的最新研究进展表明人类的情感在决策制定和社会交往的过程中起着决定性的作用。因此，要可信的模拟真实人之间的社会交流，首先需要根据人工心理(ArtificialPsychology)理论构造虚拟人的人格-情感模型。本文在所构建的虚拟人模糊逻辑行为模型的基础上，将模糊逻辑系统与动态贝叶斯网络(DynamicBayesianNetwork)相结合来建构自主化虚拟人的情感模型。根据心理学理论，对人格情感模型采取分层建模的方法，形成了人格(Personality)、情绪(Mood)和情感(Emotion)三个层次，采用动态贝叶斯网络有效地模拟虚拟人的情绪变化。将自然人的情感姿态融合进了虚拟人的简单行为中，建立了虚拟人依靠肢体语言的情感交流，使其能够完成特定的任务，并且根据环境变化采取不同应对策略，通过各种人性化的姿态和动作表现自身内在的情感状态和关注焦点，从而使虚拟人能够通过非语言的交流方式(NonverbalCommunication)表现出自己的好恶、态度和心情，极大地增强了虚拟人的真实感。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1虚拟人的提出和发展

1.1.2研究的意义和目的

1.1.3国内外研究现状

1.2研究任务和创新点

1.3论文结构

1.4本章小结

第二章虚拟人的运动控制

2.1虚拟人运动控制分析

2.2实现虚拟人运动的技术

2.3本章小结

第三章自主化虚拟人的研究

3.1虚拟人与智能Agent技术的结合

3.2自主化虚拟人系统的设计

3.3本章小结

第四章模糊逻辑系统

4.1引言

4.2模糊器和解模糊器

4.2.1相关数学理论

4.2.2模糊器

4.2.3解模糊器

4.3模糊规则库

4.3.1相关数学理论

4.3.2模糊规则库

4.4模糊推理机

4.4.1相关数学理论

4.4.2模糊推理机

4.5本章小结

第五章基于模糊逻辑系统的行为规划模型

5.1概述

5.2相关研究

5.3非语言交流

5.4行为选择过程

5.5基于模糊逻辑系统的行为规划模块

5.5.1行为选择器的模糊逻辑模型

5.5.2模糊逻辑模型的处理过程

5.6模糊逻辑系统的构建

5.6.1模糊变量定义

5.6.2模糊规则制定

5.7本章小结

第六章人工情感与动态贝叶斯网络的研究

6.1人工情感理论

6.1.1理论概述

6.1.2情感与认知

6.1.3情感的性质

6.2虚拟人的情感研究

6.3动态贝叶斯网络

6.3.1隐马尔可夫模型的基本思想

6.3.2 HMM模型的基本问题和算法

6.4动态贝叶斯网络

6.4.1表达

6.4.2推导

6.5本章小结

第七章基于DBN的虚拟人情感建模

7.1关于性格和情感的心理学模型

7.2基于动态贝叶斯网络的情感模型

7.3情绪到情感的变换

7.4本章小结

第八章分布式虚拟环境中的情感化虚拟人实现

8.1基于Web的分布式虚拟环境设计

8.2虚拟人设计和实现的整体考虑

8.3针对目标的行为选择的实现

8.3.1规划、行为和动作的形式化描述

8.3.2行为选择的实现

8.4基于H-Anim的人物造型以及动作实现

8.5本章小结

第九章总结与展望

9.1总结

9.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

发表论文

参加科研项目

致谢