AI 技術(shù)在全真互聯(lián)實(shí)現(xiàn)過程中的作用分析

蔡依萍，華辰燁，袁慶達(dá)

（上海對外經(jīng)貿(mào)大學(xué)，上海 201619）

全真互聯(lián)是一種將多種終端和形式相結(jié)合的技術(shù)集合，旨在通過數(shù)實(shí)融合創(chuàng)新模式來實(shí)現(xiàn)對真實(shí)世界的全面感知、連接和交互[1]。它融合了網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈和人工智能等多種新技術(shù)集成數(shù)據(jù)、內(nèi)容、應(yīng)用場景和社交形式，使用戶能夠?qū)崟r(shí)在線制作和編輯內(nèi)容。其主要發(fā)展特征包括全真體驗(yàn)、無限連接、自由協(xié)同及數(shù)實(shí)融合，這些特征是全真互聯(lián)不斷發(fā)展的基石[2]。AI 還可以通過智能化的算法和模型來優(yōu)化全真互聯(lián)系統(tǒng)的性能，并不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和進(jìn)化，以應(yīng)對不斷變化的環(huán)境和需求。因此，AI 在全真互聯(lián)實(shí)現(xiàn)過程中的作用不可或缺，為全真互聯(lián)的成功發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。

1 全真互聯(lián)所需的人工智能技術(shù)

1.1 機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）

機(jī)器學(xué)習(xí)是指不需要直接指導(dǎo)，即可利用數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型來幫助計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的過程。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)正朝著技術(shù)趨勢方向與計(jì)算體系方向飛速發(fā)展，未來將朝向即興學(xué)習(xí)、社會(huì)機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)層面演進(jìn)。機(jī)器學(xué)習(xí)通過實(shí)現(xiàn)智能決策、個(gè)性化和自動(dòng)化，在構(gòu)建全真互聯(lián)世界的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。機(jī)器學(xué)習(xí)可幫助實(shí)現(xiàn)個(gè)性化，其可被訓(xùn)練來分析用戶數(shù)據(jù)和行為，從而在全真互聯(lián)內(nèi)創(chuàng)造出高度個(gè)性化的體驗(yàn)。這可能包括對虛擬商品或服務(wù)的推薦、個(gè)性化的內(nèi)容或定制的用戶界面。也可幫助進(jìn)行智能代理、進(jìn)行預(yù)測性分析、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等等。

1.2 自然語言處理技術(shù)（NLP）

處理自然語言的關(guān)鍵是要讓計(jì)算機(jī)“理解”自然語言，而自然語言指英語等人類語言，而不是指計(jì)算機(jī)語言的形式語言。NLP 框架被設(shè)計(jì)為有效地處理文本數(shù)據(jù)，使機(jī)器能夠直接理解非結(jié)構(gòu)化文本[3]。在全真互聯(lián)世界里，人與人、人與物的交互大多通過自然語言的形式，而讓計(jì)算機(jī)理解這些自然語言，并對這些語言做出相應(yīng)的反應(yīng)，需要自然語言處理技術(shù)。甚至可解決全真互聯(lián)的一大問題即跨所有語言的即時(shí)翻譯，對視覺障礙人士的圖像識別、分解自然語言如英語，將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的格式，從而可做到無差別對話，保障每個(gè)人享受全真互聯(lián)的權(quán)益。

1.3 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)（CV）

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)又稱為圖像理解，是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行人類視覺觀察與分析圖像的視覺過程，旨在使計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)能夠從數(shù)字圖像、視頻和其他視覺輸入中獲得高水平的理解[4]。全真互聯(lián)需要三維世界的立體呈現(xiàn)，人工智能對圖像的處理與呈現(xiàn)如今在二維層面已經(jīng)可以完成，而三維立體的打造需要更高標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。而計(jì)算機(jī)視覺框架的搭建在模擬城市建設(shè)、虛擬場景布置中有極大的作用。

1.4 數(shù)字孿生（DT）

作為數(shù)字化的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體，DT 能夠同步經(jīng)營性資產(chǎn)、流程和系統(tǒng)及常規(guī)操作（如監(jiān)控、可視化、分析和預(yù)測）與現(xiàn)實(shí)世界。DT 位于現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界通過物聯(lián)網(wǎng)連接的中心，因此現(xiàn)實(shí)世界中的任何變化都會(huì)被反映在數(shù)字表示中。由于這些獨(dú)特的特性，DT 是虛擬世界的基本構(gòu)建模塊之一，并且通過創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)世界的精確副本（包括結(jié)構(gòu)和功能）作為用戶進(jìn)入和享受虛擬世界服務(wù)的入口。利用人工智能技術(shù)，DT 可以提高系統(tǒng)性能，簡化流程，最大程度地降低維護(hù)成本并優(yōu)化業(yè)務(wù)和生產(chǎn)。全真互聯(lián)所需的人工智能技術(shù)如圖1 所示。

圖1 全真互聯(lián)所需的人工智能技術(shù)

2 人工智能在全真互聯(lián)中的應(yīng)用

2.1 智慧城市

近年來，智慧城市成為新時(shí)代城市發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志，網(wǎng)絡(luò)城市社區(qū)建設(shè)等為提高城市治理水平和城市服務(wù)質(zhì)量有較大幫助，而一個(gè)城市是由多個(gè)系統(tǒng)在彼此交織并相互作用的，當(dāng)加入“人”與“社會(huì)”等復(fù)雜變量之后，城市就成了一個(gè)巨大的社會(huì)物理信息系統(tǒng)，而全真互聯(lián)可以為兼容并推廣這些社會(huì)物理信息系統(tǒng)的下一代人工智能城市模式造勢[5]。而全真互聯(lián)智慧城市的建設(shè)需要借助數(shù)字孿生、通信、AI 這些基本能力，達(dá)到人-機(jī)-網(wǎng)-城全面一體化，這種城市系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需提升城市系統(tǒng)的模擬計(jì)算能力，構(gòu)建全新的數(shù)字城市接入模式，通過對人-機(jī)-網(wǎng)-城的全面互聯(lián)，讓市民和利益相關(guān)方以多方式參與到城市運(yùn)行的決策過程中，用人的智慧彌補(bǔ)機(jī)器的智能，將人的智慧與人工智能結(jié)合，達(dá)成更好的城市建設(shè)。

在物理世界和全真互聯(lián)中實(shí)現(xiàn)智慧城市的不同技術(shù)中，人工智能對于實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)的自動(dòng)化和智能化顯示出巨大的意義。通過混合智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS），一個(gè)可以控制和管理城市交通的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，來進(jìn)行不同交通服務(wù)的實(shí)際數(shù)據(jù)處理和決策，可以為用戶提供高質(zhì)量的實(shí)時(shí)服務(wù)，并降低運(yùn)營和維護(hù)成本。

可持續(xù)農(nóng)業(yè)在智能綠色城市中也引起了更多的關(guān)注，而人工智能是重要的信息和通信（ICT）技術(shù)之一，它已被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)量預(yù)測、質(zhì)量評價(jià)、病蟲害檢測等精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。歸功于人工智能的技術(shù)數(shù)據(jù)分析功能，在保證數(shù)據(jù)安全的前提下，通過收集來自多個(gè)認(rèn)證來源的大數(shù)據(jù)，許多行政服務(wù)可以在全真互聯(lián)中提供，包括所有的行政服務(wù)，如環(huán)境、教育、交通、文化和其他民事服務(wù)。

2.2 全真互聯(lián)游戲

游戲一直是全真互聯(lián)中的一個(gè)主要應(yīng)用，其中機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)正在重新定義和革新游戲產(chǎn)業(yè)。在過去十年中，機(jī)器學(xué)習(xí)對視頻游戲的開發(fā)方式產(chǎn)生了巨大影響。為了構(gòu)建具有吸引力的挑戰(zhàn)和獨(dú)特故事的更真實(shí)的世界，視頻游戲開發(fā)者和工作室已經(jīng)越來越多地轉(zhuǎn)向機(jī)器學(xué)習(xí)，作為一個(gè)強(qiáng)大的工具集，幫助系統(tǒng)和非玩家角色（NPC）動(dòng)態(tài)地、合理地響應(yīng)玩家的行動(dòng)。在游戲中的決策和學(xué)習(xí)方面，一些主要的人工智能算法都被部署在不同的游戲開發(fā)任務(wù)中，可以為游戲建模、調(diào)整與定制游戲玩法、策略和控制NPC 行為提供依據(jù)。此外，許多基于學(xué)習(xí)的任務(wù)都是基于案例的推理系統(tǒng)完成的，通過對用戶的游戲性和NPC 行為進(jìn)行分類，識別用戶行為，用以幫助用戶根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)調(diào)整游戲流程。

在實(shí)時(shí)戰(zhàn)略游戲中，如《星際爭霸》，貝葉斯模型已被用于對多尺度的不確定性和多層次的抽象水平進(jìn)行建模。這些概率學(xué)習(xí)模型能夠應(yīng)對反應(yīng)式單位控制，從戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)中識別目標(biāo)，并根據(jù)戰(zhàn)略信息預(yù)測對手的游戲方式。為了達(dá)到類似人類的智能反應(yīng)機(jī)制，一些游戲軟件公司已經(jīng)在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段的各種測試任務(wù)中應(yīng)用了人工智能。在一些游戲設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者的目標(biāo)已經(jīng)不僅僅是讓人工智能去控制NPC 的行為，而是讓人工智能掌管整個(gè)游戲或者具備設(shè)計(jì)能力。隨著游戲的進(jìn)行，人工智能可以為玩家生成隨機(jī)的地圖、關(guān)卡。例如，在英偉達(dá)展示的一種游戲開發(fā)工具中，人工智能可以在千萬段影片中學(xué)習(xí)辨別建筑物、道路等不同物體，再配合攝像頭把拍攝到的汽車、建筑物等制作組成3D場景，從而減少游戲或VR 內(nèi)容的開發(fā)時(shí)間和成本。

總而言之，人工智能與傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的深度學(xué)習(xí)算法在許多方面對游戲體驗(yàn)進(jìn)行了前所未有的革命：提高了NPC 的智能性，對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模，使游戲更加美觀和合理，進(jìn)行更真實(shí)的人與NPC 的互動(dòng)，降低游戲世界創(chuàng)建的成本，并為開發(fā)移動(dòng)游戲提供更多的機(jī)會(huì)。

2.3 數(shù)字虛擬人

數(shù)字虛擬人是指利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、動(dòng)作捕捉、機(jī)器學(xué)習(xí)、色彩渲染和語言合成等信息技術(shù)創(chuàng)造出的，存在于非物理世界中的個(gè)體，其具有外形外貌、語言能力、交互能力等多重人類特征。

數(shù)字虛擬人在全真互聯(lián)中屬于擁有“生命”的存在，得益于人工智能技術(shù)的突破，虛擬人的制作得以簡化、可交互性更強(qiáng)，從而更快地發(fā)展。數(shù)字虛擬人建立的第一步需要進(jìn)行前期的形象設(shè)計(jì)及建模。2D 數(shù)字虛擬人需要原畫等形象設(shè)計(jì)，而3D 數(shù)字虛擬人需要額外使用三維建模技術(shù)生成數(shù)字形象，信息維度增加，所需的計(jì)算量更大，無論是基于IP 或者真人設(shè)計(jì)，都需要進(jìn)行面捕及身體的建模，這些在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的不斷發(fā)展下會(huì)不斷提高，使得虛擬人的形象更為逼真美觀。而數(shù)字虛擬人所需的人工智能中的自然語言處理技術(shù)，將交互技術(shù)充當(dāng)虛擬人的“外在”，人工智能則憑借算法等處理能力，充當(dāng)虛擬人“內(nèi)在”，而NLP 交互技術(shù)影響了交互能力。數(shù)字虛擬人是否能夠做到自然交流，主要受到語音合成TTS 技術(shù)（語音表述在韻律、情感、流暢度等方面是否符合真人發(fā)聲習(xí)慣）、NLP技術(shù)（與使用者的語言交互是否順暢、是否能夠理解使用者需求）、語音識別ASR 技術(shù)（能否準(zhǔn)確識別使用者需求）等AI 技術(shù)的共同影響。在全真互聯(lián)的世界里，虛擬偶像、虛擬客服、虛擬助手等對于所有被投射在同一個(gè)云端網(wǎng)絡(luò)中的人而言，可以成為向?qū)?，成為虛擬世界中的服務(wù)型人，是智能化趨勢下的新一代人機(jī)交互平臺。由此可見，全真互聯(lián)的重要組成部分——數(shù)字虛擬人需要人工智能的幫助以更好地發(fā)揮其作用。

2.4 醫(yī)療服務(wù)

醫(yī)療服務(wù)方面也開始運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以降低醫(yī)療服務(wù)的成本，并擴(kuò)大醫(yī)療服務(wù)的范圍。從二維環(huán)境到三維虛擬世界，全真互聯(lián)允許用戶以身臨其境的方式學(xué)習(xí)、了解、分享病人的健康狀況和醫(yī)療報(bào)告。通過VR 系統(tǒng)，人工智能在許多醫(yī)療保健和醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如，在提供診斷方面實(shí)現(xiàn)更高的效率，提供更快和更準(zhǔn)確的醫(yī)療決策，提供更好的實(shí)時(shí)醫(yī)學(xué)成像，以及為醫(yī)學(xué)生支持更方便的模擬環(huán)境進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)。在許多用于醫(yī)療保健和健康應(yīng)用和服務(wù)的可穿戴設(shè)備中，人工智能已被應(yīng)用于自動(dòng)識別復(fù)雜的感官數(shù)據(jù)模型，用以支持醫(yī)生和健康專家在日常生活援助和早期健康風(fēng)險(xiǎn)意識方面做出決策[6]。此外，基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療服務(wù)提出了一個(gè)使用可穿戴設(shè)備的跌倒檢測系統(tǒng)，其中開發(fā)了一個(gè)具有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）架構(gòu)的分層深度學(xué)習(xí)框架，用于協(xié)作處理本地設(shè)備和云服務(wù)器的感官數(shù)據(jù)。由于能夠與多種可穿戴設(shè)備協(xié)同工作，該系統(tǒng)不僅提高了檢測的正確率還可以有效保護(hù)數(shù)據(jù)隱私。除了CNN，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）和長短期記憶人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（LSTM）網(wǎng)絡(luò)也被用于處理一些早期健康風(fēng)險(xiǎn)關(guān)注的可穿戴感官數(shù)據(jù)，如跌倒檢測和心衰。

隨著深度學(xué)習(xí)，特別是CNN 架構(gòu)在圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的巨大成功，近幾年來，由于與自然圖像分析相比，需要技術(shù)人員和醫(yī)學(xué)專家提供更多的專業(yè)知識，因此，深度學(xué)習(xí)在解決醫(yī)學(xué)圖像分析的各種挑戰(zhàn)性任務(wù)方面出現(xiàn)了巨大的發(fā)展。隨著人工智能作為數(shù)據(jù)分析的核心技術(shù)的使用，醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練和醫(yī)療診斷的應(yīng)用，如運(yùn)動(dòng)康復(fù)和磁共振成像神經(jīng)反饋可以在VR 環(huán)境中開發(fā)。一些醫(yī)療保健和醫(yī)療服務(wù)也可以在全真互聯(lián)中提供，醫(yī)學(xué)生可以通過在虛擬世界中參加為醫(yī)學(xué)教育而建立的互動(dòng)練習(xí)課來提高手術(shù)技能，或者病人可以通過虛擬醫(yī)療中心和醫(yī)院的虛擬助手找到一些醫(yī)療服務(wù)。

2.5 其他潛在應(yīng)用

2.5.1 電子商務(wù)

對于使用價(jià)值較高的商品，如食品、日用品、服裝等，全真互聯(lián)時(shí)代帶來的影響集中在銷售渠道的變革。受限于渠道鋪設(shè)成本高、市場教育不足、技術(shù)壁壘高等原因，新零售時(shí)代的多渠道融合主要集中在線上電商與線下門店的融合，在各個(gè)細(xì)分生活場景中的渠道鋪設(shè)明顯不足。但在全真互聯(lián)時(shí)代，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將明顯拓寬營銷和銷售渠道的應(yīng)用場景。沃爾瑪上線的VR 購物體驗(yàn)館使消費(fèi)者可通過VR 設(shè)備實(shí)現(xiàn)云購物，其具備的3D 效果可明顯增強(qiáng)消費(fèi)者的購物沉浸感；拉夫勞倫推出的3D 虛擬化身可解決線上購物試穿難的痛點(diǎn)，通過虛擬體驗(yàn)更好地滿足現(xiàn)實(shí)需求。

2.5.2 崗位招聘

現(xiàn)在，許多大型科技公司創(chuàng)造性地在全真互聯(lián)中舉辦招聘會(huì)以吸引年輕人才。潛在的申請者可以通過區(qū)塊鏈輔助的認(rèn)證賬戶登錄到全真互聯(lián)，然后控制代表自己的虛擬人與代表公司人力資源經(jīng)理和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的其他化身自由討論。對于招聘指導(dǎo)，申請人可以通過基于人工智能的NLP 向虛擬助手詢問或接受幫助。在這類招聘活動(dòng)中，目標(biāo)是為招聘者和應(yīng)聘者創(chuàng)造一個(gè)友好的環(huán)境，進(jìn)行自由式的交流，應(yīng)聘者可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于工作崗位的信息，而不是被動(dòng)地接受招聘者的提問。人工智能在全真互聯(lián)中的應(yīng)用如圖2 所示。

圖2 人工智能在全真互聯(lián)中的應(yīng)用

3 結(jié)束語

本文在人工智能四大技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析人工智能對全真互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)過程的作用，旨在支持人工智能技術(shù)在全真互聯(lián)應(yīng)用中的發(fā)展。全真互聯(lián)作為當(dāng)下對未來世界的展望，為很多現(xiàn)實(shí)難以研究的問題，如氣候變化、農(nóng)作物生長、老齡化等提供了一個(gè)平臺，將現(xiàn)實(shí)問題建模為虛擬問題來研究解決，對人類的未來發(fā)展有極大的幫助。而人工智能在其中發(fā)揮著不可替代的作用。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于國內(nèi)鮮有AI 技術(shù)與全真互聯(lián)關(guān)系的研究，包括AI 技術(shù)在全真互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)過程的環(huán)節(jié)中突破的難題等。今后，希望我國人工智能技術(shù)可以更快地發(fā)展，為全真互聯(lián)世界打下地基，更好地迎接未來。