基于人工智能的虛擬仿真技術的探討與分析

何金金,方 平,王玉芬

(濟寧職業(yè)技術學院 山東 濟寧 272037)

0 引言

人工智能技術的高速發(fā)展和滲透極大程度地改變了人們的生活、工作方式,而虛擬仿真技術作為人工智能技術的科技延伸,其被廣泛應用軍事、航天、醫(yī)療、教育、旅游、影視、地產等多個領域中進行模擬數據采集,以及虛擬情景搭建,全面促進了我國科技高新技術的不斷創(chuàng)新。基于此,應充分掌握人工智能虛擬仿真技術的應用要點,結合不同領域的科技需求制定可行性的人工智能虛擬仿真技術應用方案,保證人工智能虛擬仿真技術應用的仿真性能及可靠性,為實現智能化技術的長效發(fā)展奠定良好基礎。

1 基于人工智能虛擬仿真技術應用類型的分析

1.1 虛擬仿真技術

虛擬仿真技術是人工智能及人工生命技術和虛擬環(huán)境技術相融合的現代化綜合性技術。在虛擬仿真環(huán)境中,需要根據生命對象和指定用戶的各項特點擬定智能代理,即:依照現實世界的場景、人物動態(tài)等特征予以虛擬化,以此實現虛擬仿真的目的。另外,虛擬仿真技術類屬交叉性技術,其涉及了人工智能、人工生命、虛擬環(huán)境以及計算機圖形和機器人等多種專業(yè)模型,且大多場景均采用了三維立體技術,立足于虛擬環(huán)境角度來說,靈活應用可見性裁剪技術、幾何簡化技術及紋理技術等對復雜的三維場景予以精細化繪制[1]。在此基礎上,還可從構造模型視角出發(fā)利用圖像造型技術進行場景仿真,充分發(fā)揮出虛擬環(huán)境工具及技術的效用價值,構建完整的智能虛擬環(huán)境(intelligent virtual environments,IVE)。而常見的虛擬仿真技術包含了人體動畫技術、環(huán)境中的Avatar、智能Agent技術、虛擬生物建模和智能生命模擬技術等,在具體應用中可根據虛擬仿真需求靈活采用相應技術,以此保證虛擬仿真技術的適應性,同時也可采取組合式技術強化虛擬仿真技術的綜合性及高效性,提高虛擬仿真技術的應用水平。

1.2 人工智能

人工智能又稱AI,其主要用于效仿、拓展和擴大人類智能方式、技能、理論知識而予以開發(fā)和應用的高新技術,通常以人工制造、生產的智能化機器為主,借助電子信息技術、結合計算機程序完成相應的人工指令,進而實現智能化操作任務。在我國制造業(yè)和科學技術深入發(fā)展融合的情況,人工智能行業(yè)的經濟發(fā)展已經成為產業(yè)政策、資金投入的主導方向。人工智能技術在應用過程中需要依托計算機系統(tǒng),其類屬智能化計算機系統(tǒng)中的分支,在對智能本質進行全面了解的基礎上,可進行系統(tǒng)重構并構建全新的可同人類智能做出相似反應的智能化設備,進而滿足高品質生產、生活需求[2]。據了解,該領域中主要包含了人工智能機器人、智能化語音識別系統(tǒng)、圖像智能化識別系統(tǒng)以及自然語音處理系統(tǒng)和專家系統(tǒng)等。

1.3 人工智能結合虛擬仿真技術

在人工智能同虛擬仿真技術有機結合的背景下,可實現智能虛擬環(huán)境的構成,其涵蓋了虛擬環(huán)境和人工智能等兩項專業(yè)技術。受此環(huán)境的影響,針對賦予生命的事物可用智能代理(intelligent agent)表示;而虛擬仿真技術的同樣可以采用智能代理對用戶化身,即Avatar予以表示。據了解,智能虛擬環(huán)境(IVE)具有一定的多樣性和綜合性,其涉及范圍較廣,通常包含了虛擬環(huán)境涉及課程、人工生命鉆研課程、技術仿真課程和計算機繪圖課程、機器人制作課程等,為滿足現代化高標準的虛擬環(huán)境仿真效果,則需加強人工智能及虛擬仿真的有機結合,充分利用整合優(yōu)勢提高高新技術的有效應用,促進我國科技的穩(wěn)定發(fā)展[3]。

2 人工智能視域下虛擬仿真技術的應用特點

2.1 模糊信息的處理效率得以提升

模糊信息主要是因模糊現象而產生的非定量、不精準的數據信息,部分模糊信息通過一定的處理后可轉化為準確數據。在虛擬仿真場景中大量的模糊信息會影響技術人員對場景信息的準確判斷,進而會降低場景仿真效果,并且在虛擬仿真技術應用過程中極易受到不穩(wěn)定因素的影響,無法對大量的模糊信息進行精準處理。然而,將人工智能技術融入到虛擬仿真技術中可有效彌補兩者不足,促使兩者以相輔相成的操作方式對相應的模糊數據進行處理,在充分發(fā)揮兩者技術整合優(yōu)勢的基礎上實現對未知問題的有效處理,進一步提高模糊信息的處理精度,強化虛擬仿真技術的可靠性,保障虛擬仿真場景的最終效果。

2.2 提高大量數據處理能力

依照用戶要求開展虛擬仿真工作時,需要對不同數據進行綜合分析,但現階段各項數據信息逐漸增多、數據形式愈發(fā)復雜、數據內容呈現多樣化。為全面提升虛擬仿真技術的應用效率,可根據不同場景的仿真特點和用戶需求選擇相應合適的人工智能技術,進而依照虛擬仿真的具體流程對復雜且豐富的數據信息予以計算、處理,在此過程中可按照不同層次、不同領域的數據信息實施針對性處理工作。在虛擬仿真技術應用過程中將人工智能技術及其系統(tǒng)融入其中可充分利用信息化技術的計算功能和人工智能的智能化技術對多樣化的復雜數據以及高、低層次的數據信息展開精密的處理工作,深入挖掘潛在的可用數據,充分發(fā)揮出人工智能技術的高效化水平,提升虛擬仿真技術的數據處理能力,實現工作效率的提升。

2.3 實現場景模擬的數字化轉變

在虛擬仿真技術應用過程中需要對不同數據予以實時傳輸,由此才能保證各類場景仿真的時效性及真實性,而數字信號便是數據傳輸中的主要介質,在虛擬仿真技術和人工智能技術的高效應用下,為數字化信息的傳輸提供快捷通道,如此一來不僅能降低傳輸成本、縮減傳輸時長,還能大幅度提升數字化信息傳輸的精確性和時效性,為虛擬仿真技術的應用提供了更加可靠的行動指令。另外,在人工智能技術的支持下還可創(chuàng)建網絡傳輸平臺,利用人工智能技術的存儲功能可對大量數據信息進行相應存儲,對場景進行虛擬仿真時可根據具體情況對不同數據予以調取,以便滿足不同用戶的差異化要求,提高人工智能及虛擬仿真技術的服務水平,充分發(fā)揮統(tǒng)一調取不同區(qū)域數據的功能性價值,為技術人員及用戶提供可實時查看和獲取的服務,對人工智能和虛擬仿真技術的長效發(fā)展起到了促進作用。

3 人工智能虛擬仿真技術的應用要點

在對人工智能虛擬仿真體系進行綜合分析時發(fā)現,智能虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由生命特征對象構成的虛擬場景,其均有著一定的智能性和交互性,為了加強人工智能和虛擬仿真技術的融合深度,應深入探索智能虛擬仿真體系的關鍵技術和應用要點,充分掌握各項智能化技術的有效應用[4]。下面針對人工智能虛擬仿真的關鍵技術及其要點進行簡要分析。

3.1 對象構模技術要點

基于人工智能技術對虛擬仿真技術進行深入研究時,應注意強調虛擬場景對象繪制的真實性和逼真性。在具體構建過程中要充分考慮不同場景中對象的構建特征,根據虛擬仿真要求采取相應合適的構建方法,選擇不同形式的物理模型,通常情況下為保證對象物理模型構建的真實性,可優(yōu)先選用交互式圖像構建技術實施具體操作,結合計算機技術對虛擬物體的細節(jié)紋理和形象等予以合理抽取并調整,進而了解對象構建標準,保證虛擬對象構建的真實性,確保最終的虛擬仿真效果能達到虛擬對象的構建標準,促進對象構模技術專業(yè)水平的提升。

3.2 人體動畫技術要點

人體動畫技術是人工智能虛擬仿真體系中的重要技術內容。為滿足不同人體動畫的仿真要求,技術人員可根據仿真目標構建足夠龐大的人體姿勢庫,但在實際應用過程中應注意由于其缺乏一定的靈動性,且人體動作組合方式較為復雜多變,因此僅依靠人體姿勢庫對人體各類姿勢進行虛擬仿真較為困難。對此,在對人體姿勢組合特點、人體行動特點及人體動畫技術應用方式進行綜合分析后可立足于動力學、運動學角度出發(fā)依照人體行動規(guī)律開展機器人學和人體學的研究,在充分做好初期準備工作后對高階人體動畫規(guī)律予以確定,參考前期收集到的相關數據對人體動畫予以精準控制,進而滿足人體行為動畫的虛擬仿真要求,以期呈現出更加真實的仿真效果。

3.3 智能生命模擬技術要點

智能生命模擬技術可極大程度地提高仿真行動的真實感,采取認知構模方式對虛擬生物的神經系統(tǒng)和形體進行描述,借助人工智能的規(guī)劃、推理和知識表示等虛擬技術實現對生物活動的有效控制,進而提高其行為真實感,強化虛擬仿真的專業(yè)化水平。據了解,傳統(tǒng)的人工智能技術無法對虛擬場景中的各生命的行為動態(tài)進行實時控制,無法滿足虛擬環(huán)境的時效性需求,因此依托現代人工智能技術對虛擬場景進行仿真模擬時應加強人工智能及虛擬仿真技術應用的實時性,根據現代化人工智能的應用標準對實時搜索算法予以優(yōu)化調整,積極采用棧結構對相關動作進行有效存儲,并在虛擬仿真過程中對智能生命的模擬效果和行為動態(tài)進行實時評價,保證各項虛擬仿真動作的效果,確保能達到高水平虛擬環(huán)境的仿真要求[5]。

3.4 智能人機交互技術要點

在我國科技水平不斷提升的新時期背景下,虛擬仿真技術中涉及了多項專業(yè)技術,其中包含了跟蹤技術、輸入技術、先進顯示技術、三維圖形技術、觸覺反饋技術以及虛擬聲音合成技術等,在虛擬仿真場景中可根據用戶要求借助技術整合優(yōu)勢以更加高效、自然的人機交互模式提高虛擬仿真效果,加之現代人工智能技術的應用優(yōu)勢促進了人機交互技術與理論的融合深度,使得虛擬環(huán)境中交互信息更加自然。以往,在構建虛擬環(huán)境時受到軟硬件的約束,人機和諧交互效果并不理想,為有效解決此問題,可基于用戶需求和認知特性確定更加符合用戶認知的模型,依照各行為通道、特殊感知通道的綜合性特點及合適的用戶模型制定精細化、針對性的交互方法,同時根據不同類型的交互任務對輸入通道予以整合,由此滿足虛擬環(huán)境中開展實時性的和諧交互行為。

3.5 實時繪制圖形技術要點

運用實時繪制圖形技術有利于提高虛擬仿真系統(tǒng)的實時真實感,而多類實時繪制圖形技術能夠對可見性、不可見性的對象進行合理判斷,進而確定其是否可以開展繪制工作,針對沒有特殊要求的圖形對象可優(yōu)先選用簡化模型進行仿真,又或采用紋理表示遠距離對象?，F階段,硬件紋理的映射操作難度不斷提升,當紋理圖像較大且頻繁進出紋理緩沖區(qū)時,便會進一步增加對其操作速度的影響。因此,在虛擬仿真環(huán)節(jié)技術人員可依照亮度信息、色彩基礎對紋理圖像進行準確區(qū)分,在確定圖像采樣數據和彩色數據的前提下,將兩者予以有效整合,以此形成不同層次、不同細節(jié)的紋理圖像,最后根據仿真要求對圖像分辨率進行適應性選擇,借助實時繪制圖形技術提高虛擬仿真系統(tǒng)的構建效率[6]。

在對圖形或圖像進行實時繪制時可利用人工智能配合計算機設備對仿真圖像進行全面分析,精準識別不同形式圖像或目標,獲取最終數據。此項技術主要基于人類對圖像的識別過程中,通過提取圖像中突出性特征對相應數據進行識別和整合,然后將識別出的數據信息整理為相對完整的知覺影響,進而完成目標識別和虛擬仿真的任務。在仿真過程中要依照圖形或圖像中突出特征及特征屬性在分類仿真模塊中對其進行判定,依照最終的特征信息予以精準仿真,強化虛擬仿真的可靠性和精細化程度,保證不同圖形、圖像仿真的真實性。

3.6 推理及知識表示技術要點

抽象化環(huán)境形式是虛擬仿真環(huán)境中的重要組成部分,在虛擬對象演變過程中利用推理及知識表示技術可對其予以更高級別的描述。當采用虛擬仿真技術對用戶進行交互時,可突破操縱虛擬仿真環(huán)境中操作對象的限制,及時進行高級別的自然語言交互等動作。在此環(huán)節(jié),對于用戶輸入通道來說,可應用智能虛擬環(huán)境技術對用戶端的輸入通道以更高級別的抽象化方式予以表示,同時還可將虛擬環(huán)境中的動態(tài)變化以抽象化形式表示,以此發(fā)揮智能虛擬仿真技術的效用價值[7]。

4 人工智能與虛擬仿真技術的綜合應用

為強調虛擬世界的真實性和還原度,可將智能虛擬環(huán)境視為具有生命特征的對象,并且需要具備一定的智能化特征,能夠實現相互交換的要求,同時這個設定對象是要在現實世界存在且能夠通過虛擬仿真技術進行虛構的。在綜合應用過程中,可通過高級概念層對上層傳達的指令進行細致分析,將分析后的結果作為物理表示層中各對象發(fā)生的變化,在此基礎上,可將物理表示層中各對象發(fā)生的變化進行虛擬轉換,以此將具有代表意義的知識表示傳遞至Agent層,實現最終決策目的。

此外,智能虛擬環(huán)境模型的建設是由計算機建立圖片角色演變而來的,構建初期要保證虛擬對象具備可信的相似事物的外貌特征、具備可信的相似事物的行為。為強調虛擬環(huán)境氛圍的真實性,可靈活運用計算機技術進行藝術處理,在深入分析各項虛擬數據的基礎上對智能虛擬環(huán)境進行實時記錄,借助智能虛擬決策模塊實施針對性仿真技術,優(yōu)化虛擬環(huán)境的細節(jié)仿真,完成各環(huán)境模塊的虛擬仿真需求。

5 結語

人工智能的發(fā)明和應用極大程度改善了人們的生活品質,在日常應用中充分體現了人工智能的多元化工作特點,而人工智能和虛擬仿真技術的有效融合有著相輔相成、相互促進的作用,人工智能技術可為虛擬仿真技術的應用和發(fā)展提供更多途徑。人工智能技術作為虛擬仿真技術高效發(fā)展的基礎保障,可實現全面優(yōu)化虛擬仿真體系結構的目標,在對大量虛擬仿真數據進行集中化高效處理的同時還可提高虛擬仿真技術的應用效率,強化仿真對象的真實性,促進具有生命特征、賦有高度行為真實感的智能化虛擬場景以多樣化、多元化形式呈現,通過整合人工智能及虛擬仿真技術的綜合優(yōu)勢為更多用戶提供更加優(yōu)質的智能化服務,不斷完善傳統(tǒng)科技的不足,促進人工智能及虛擬仿真技術的協(xié)同發(fā)展。