人工智能的虛擬仿真技術研究

王 輝 宋昌統(tǒng) 周 茜

(1.鎮(zhèn)江高等?？茖W校電氣與信息工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.鎮(zhèn)江市政府辦公室，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

人工智能的虛擬仿真技術研究

王 輝1宋昌統(tǒng)1周 茜2

(1.鎮(zhèn)江高等?？茖W校電氣與信息工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.鎮(zhèn)江市政府辦公室，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

由于科技發(fā)展不斷進步，人工智能的虛擬仿真技術也隨之迅速發(fā)展起來。在過去的十多年，吸引人們最多的兩項技術是虛擬仿真技術的專研以及人工智能技術的專研，在進行這兩項技術專研時，智能虛擬環(huán)境是發(fā)現(xiàn)這兩項技術共同點的主要因素。本文對人工智能的虛擬仿真技術進行分析，找出人工智能的虛擬仿真技術存在的問題，進而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；虛擬仿真；計算機圖形

1 引言

隨著我國社會發(fā)展越來越快，計算機技術已經(jīng)成為我們工作、學習離不開的重要工具，而推動計算機領域發(fā)展的主要技術就是虛擬仿真技術。因此也受到了各個領域的廣泛應用，例如在化工企業(yè)的設計和制造、教學行業(yè)的教育和培訓、軍事行業(yè)的模擬練習和戰(zhàn)場仿真訓練、醫(yī)學行業(yè)的遠程醫(yī)療技術和外科手術以及各個娛樂場所等等，這給人們的正常生活和工作帶來了非常重要的影響，也是推動我國科技發(fā)展的高新技術。

2 基于人工智能的虛擬仿真技術

2.1 虛擬仿真技術

虛擬仿真技術（VE）不僅在空間技術、計算機遠程操控以及娛樂場所得到廣泛的應用，隨著社會的進步，虛擬仿真技術涉及的領域也越來越廣，例如建筑工程中建筑設計、醫(yī)學行業(yè)的遠程醫(yī)療技術和外科手術以及教學行業(yè)的教育和培訓等。虛擬仿真主要是根據(jù)現(xiàn)實世界里的場景進行虛擬化，虛擬世界中所有的物體都是根據(jù)現(xiàn)實世界的物體進行虛化演變而來的，進而形成了現(xiàn)在的虛擬仿真技術。對于虛擬仿真技術來說，絕大多數(shù)的場景都是采用靜態(tài)三維立體技術來實現(xiàn)的，而場景中的全部物體都是靜態(tài)的，非主動的以及沒有生命的。在現(xiàn)實世界中，這些都是具有生命力的事物，與虛擬世界形成了一個極大的反差。為了使虛擬世界與真實世界更加相似，為了給參與進來的用戶營造出身臨其境的效果，就要在虛擬世界中加入一些有生命力的事物，進而構建成一個整體的智能虛擬環(huán)境（IVE）。

2.2 人工智能

人工智能（AI）主要是用于效仿、拓展和擴大人類智能方式、技能、理論知識以及應用系統(tǒng)進行專研和開發(fā)的一項高新技術。在計算機系統(tǒng)中，人工智能是其重要的一個分支。它試圖對智能的本質(zhì)進行了解，并設置出一種全新的與人類智能做出類似反應的智能設備。該領域研究的對象包含五方面，包括智能機器人、語音識別系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、自然語音處理系統(tǒng)以及專家系統(tǒng)等。

2.3 人工智能與虛擬仿真的結合

智能虛擬環(huán)境主要由兩種技術組成，一種是虛擬環(huán)境，另一種是人工智能或者人工生命。在這種環(huán)境影響下，對于有生命的事物用智能代理（Agent）來表示，在虛擬仿真技術中也可以應用智能代理（Agent）來表達用戶的化身（Avatar）。隨著越來越多的用戶劃分到VE中，Agent與其它對象會隨著大部分代表用戶的Avatar之間發(fā)生互換而進行交換。由于IVE具有多樣性特點，由此得知其屬于交錯科研專研課題，因此，它涉及的學科也非常廣，其中包含計算機繪圖課程，虛擬環(huán)境設計課程、人工智能/人工生命專研課程、技術仿真課程以及機器人制作課程等等。為了實現(xiàn)具備實現(xiàn)效果的虛擬環(huán)境，將人工智能與虛擬仿真的結合是非常重要的。

3 人工智能與虛擬仿真技術結合的實現(xiàn)

3.1 智能虛擬環(huán)境系統(tǒng)結構

為了實現(xiàn)更真實的虛擬世界，可以將IVE系統(tǒng)當做一個具有生命體征的對象，而這個對象一定要具備一定的智能性，并能實現(xiàn)相互交換。這個對象可以是現(xiàn)實世界存在的，也可以是虛構的，也可以是登錄虛擬系統(tǒng)的用戶。高級概念層的主要作用就是將上一層傳遞出的指令進行解釋，將解釋后的成果當做物理表示層中各個對象發(fā)生的變化，再把物理表示層里的各個對象發(fā)生的變化進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成就有代表意義的知識表示，進而傳遞到Agent層實現(xiàn)決策目的。物理層的主要目的是將幾何以及紋理信息進行存放。

3.2 虛擬環(huán)境的建模

智能性虛擬環(huán)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(huán)境更加真實，智能特性虛擬對象需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。為了保證給用戶營造出真實的氛圍，就要在設置智能性虛擬環(huán)境的模型時，要給參與用戶足夠的信譽度并愿意參與進來。在設計智能性虛擬環(huán)境中的對象時，可以是現(xiàn)實生活中存在的，也可以通過計算機技術進行藝術處理或者利用夸張的手法進行虛化的。即使智能性虛擬環(huán)境中的對象可以千奇百怪，但是智能性虛擬環(huán)境中的對象一定要具備較高的可信度，以及要具備與現(xiàn)實環(huán)境中的生物相同的行為特征，例如各種生物具備的自主能力、適應能力以及交互能力。

為了讓智能虛擬環(huán)境中的對象具有行為決策能力，需要在虛擬環(huán)境搭建以下五個模塊：第一是適用于各種計算的決策模塊；第二是虛擬智能對象狀態(tài)模塊；第三是數(shù)據(jù)庫；第四是虛擬智能對象行為模塊；第五是虛擬環(huán)境和其他因素模塊。其中，在智能虛擬環(huán)境中起著決策作用的是決策模塊，對虛擬智能對象完成進入狀態(tài)的是狀態(tài)模塊，實現(xiàn)各個對象動作查找工作的是數(shù)據(jù)庫，對智能虛擬環(huán)境進行記錄的是環(huán)境和其他模塊。具體如圖1所示：

圖1 虛擬智能對象構成示意圖

3.3 關鍵技術

(1)具備繁瑣行為和生命特征的對象構模方法

為了使場景中的對象更加生動逼真，根據(jù)不同的對象，采用不同的構模方法。為了保證對象的物理模型更加真實，一般可以采用交互式圖片的構模方法來實現(xiàn)，也可以借助計算機中繪圖技術對虛擬對象的狀態(tài)和紋理進行修改。

(2)面向IVE的人體動畫

為了更好地完成人體動畫，一般采用兩種解決措施：第一是設立一個面積巨大的人體姿勢庫，這種方式雖然能夠在設計初期有效快速地解決問題，但是缺少靈動性，由于人的姿態(tài)動作比較多，而且各個動作之間的組合方式也多種多樣，因此，要想人體姿勢庫存在各種各樣的人體姿勢是很難實現(xiàn)的；第二種方式是根據(jù)人體的運動規(guī)律進行專研，從人體的運動學和行為學進行研究。雖然在設計初期的難度比較高，但是由于它能夠幫助高層提供相關的數(shù)據(jù)實現(xiàn)對動畫的控制，可以形成較好的行為動畫。

(3)實時繪制

為了使智能虛擬環(huán)境具有更加真實的效果，可以借助多種加速繪圖技術來實現(xiàn)，可以利用可見性進行判斷，對于不可見的對象最好不進行繪制；對于不太重要的圖像對象，可以利用簡單模型進行繪制；對于距離較遠的對象可以利用紋理進行表示。目前我國大多數(shù)的機器都可以用硬件紋理映射進行繪制，但是對面積較大的紋理圖像，多次對紋理緩沖區(qū)進行倒進倒出操作會對硬件紋理映射的速度造成嚴重的影響。所以，我們要根據(jù)不同性質(zhì)的紋理圖片進行歸類，進而提高硬件紋理映射的速度。具體如圖2所示。

圖2 虛擬智能對象的實時繪制

4 結束語

智能虛擬環(huán)境主要由兩種技術組成，一種是虛擬環(huán)境，另一種是人工智能或者人工生命。由于智能虛擬環(huán)境具有多樣性，因此其設計的領域也比較廣，其中包含計算機繪圖技術、人工智能技術、仿真技術、計算機動畫技術等等。由此得知，隨著對智能虛擬環(huán)境發(fā)展不斷深入，人工智能的虛擬仿真技術以后涉及的領域會越來越廣，會更多地集成多種AI技術，它們都具備較高的行為真實性，同時也支持多個用戶參與進來，進而實現(xiàn)一個具備生命體質(zhì)的智能虛擬化世界。

[1]羅玉華，左軍，李巖．虛擬現(xiàn)實技術及其應用[J]．科技信息，2010 (01)：63+53．

[2]王文舉，李光耀．虛擬維修仿真技術的研究與進展[J]．系統(tǒng)仿真學報，2011(09)：1751-1757．

[3]安建強．基于虛擬仿真技術的創(chuàng)新訓練研究與實踐[J]．實驗技術與管理，2015(12)：179-182．

Research on Virtual Simulation Technology ofArtificial Intelligence

Wang Hui1Song Changtong1Zhou Qian2
（1.Electron&Information Department,Zhenjiang College,Zhenjiang 212000,Jiangsu;（2.Zhenjiang Municipal Government Office,Zhenjiang 212000,Jiangsu)

Due to the continuous progress of science and technology,virtual simulation technology of artificial intelligence has also developed rapidly.In the past decade,two technologies attracting people most were virtual simulation and artificial intelligence, on which specialized research has brought the result that intelligent virtual environment consists in their common ground.This article provides an analysis on virtual simulation technology of artificial intelligence and seeks to cope with problems existing within it for the purpose of getting an in-depth understanding of its modeling method.

artificial intelligence;virtual simulation;computer graphics

TP391.9

A

1008-6609(2016)05-0074-02

王輝，女，江蘇丹陽人，碩士，講師，研究方向：人工智能與虛擬現(xiàn)實。