虚拟现实环境中音乐情感模型的研究

章银娥　黄贤通　胡声洲

摘要：运用VRML和Java工具，研究并设计了一个基于虚拟现实环境中的音乐人体几何模型，通过VRML的各种节点和Java脚本参数的设置使得人体几何模型能够动态感知虚拟音乐环境中的情感，较好地实现了各种行为交互，达到实施真实人体的各种行为逼真效果。

关键词：虚拟现实；情感模型；交互行为

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）28-0192-03

Research of the Music Emotion Model in Virtual Reality Environment

ZHANG Yin-e， HUANGXian-tong，HU Sheng-zhou

（College of Mathematics and Computer Science Gannan Normal University ，Ganzhou 341000， China）

Abstract：Using VRML and Java tools，a model of music human body in virtual reality environmenthas been researched and designed. Through the various nodes of the VRML and the setting of the Java script parameters， the human body geometry model is able to dynamically perceive the emotion in the virtual environment and has achieved a variety of behavioral interactions. All of above it has arrived to implement the real human behavior of a variety of realistic results.

Key words： Virtual reality； emotion model； interactive behavior

随着计算机信息化的广泛普及，虚拟现实技术的应用也出现在各行各业。人们通过虚拟现实技术可以实时地与虚拟环境进行交互，通过虚拟工具把用户置身于一个虚拟环境中，让用户如同真实地控制着计算机，尽情展示用户的情感。

与计算机发展同步的是，人们越来越习惯把计算机知识和音乐领域结合在一起，利用计算机制作数字化音乐，可以改善人们对音乐的理解和欣赏，更加有利于提高音乐的强大表现力，扩大音乐应用前景。利用虚拟现实技术对音乐情感模型进行研究可以最大限度地把音乐情感化与音乐情感的驱动更有效的结合。本文利用虚拟现实技术中的VRML和Java工具对音乐情感模型的一个探讨。

1 VRML与Java

VRML又称虚拟现实建模语言，是一种集渲染、造型于一体的图形化描述性语言，具有沉浸性、交互性、想象性三大特性，在结合Web3D的基础上具有复杂、交互性强的优点。人们利用VRML本身的节点可以轻松制作出三维虚拟交互场景的情感模型。

Java是一种面向对象的高级语言，不同于其他的解释性和编译性语言。这种面向对象的高级语言和VRML相结合可以让虚拟环境更加动态、真实，从而加强虚拟环境中人机交互的特性。

2虚拟环境中音乐情感模型的建构

针对VRML和Java构建的虚拟环境的功能特点，音乐情感模型的构建主要分为用户几何模型、用户运动模型、用户感知模型、虚拟环境中音乐情感模型、行为模型和认知模型。在虚拟现实环境中的用户具有特定的音乐情感，可以随着外部的虚拟环境变化而动态实时的感知系统环境的变化，从而产生一系列的认知、行为规划能力，产生一种逼真的效果。图1为虚拟现实环境体系结构图。

3 虚拟环境中音乐情感模型的设计

3.1 虚拟环境中音乐情感原型节点的设计

虚拟环境中音乐情感人体机会模型的构建主义是基于VRML文件中主要的节点来实现。通过VRML的Proto原型节点定义人体几何模型的关节属性，利用节点嵌套把人体的各个关节联合起来，Proto原型节点接口中的构成如表1所示，其中域名中的field域名用来定义音乐情感人体的私有域，域名中的exposedField域名用来定义人体几何模型的公共域。

3.2 虚拟环境中音乐情感人体几何模型的设计

在虚拟环境中人体几何模型包括手臂、腿、头、身躯等主要部位构成，这些部位的构成主要由关节Joint和段Segment来实现，通过对关节和段设置各个不同的rotation旋转、center中心位置、translation平移等域值达到对人体几何模型的整体构建，利用DEF节点重用机制对原始节点的重复调用，其中人体几何模型的设计过程如下所示。

DEF Human Human {

humanBody [

DEF hanim_HumanRoot Joint {

name "HumanRoot"

translation 0 0 0

rotation 0 0 1 0

center -0.004270 0.990000 -0.122639

children [

DEF hanim_sacro Joint {

………

DEF han_pelSegment {

name "pel"

children [

DEF LND21 LMARK {location -0.191261 0.874000 -0.091831 lName "Rt. Trochanterion"}

DEF LND23 LMARK {location 0.181634 0.866000 -0.142666 lName "Lt. Trochanterion"}

DEF LND73 LMARK {location -0.004813 0.760000 -0.117249 lName "Crotch"}

DEF LND17 LMARK {location -0.102637 0.928000 -0.023287 lName "R.AS"}

DEF LND19 LMARK {location 0.119350 0.928000 -0.059732 lName "L. AS"}

DEF LND28 LMARK {location -0.016897 1.052000 -0.203769 lName "Wt， P， P."}

…………..

DEF hanim_c7 Segment {

name "l1"

children [

……… }

虚拟环境如图2所示。

3.3 虚拟环境中音乐情感行为认知模型的设计

虚拟环境中音乐情感人体模型没有年龄、辈分的区别，人体模型直接的交互属于抑制性交互，通过设置不同影响交互因子PositionInterpolator位置节点和OrientationInterpolator转向节点参数进行量化，人体几何模型获取对应的参数化设置后实时生成相应的内部感情，通过一定的交互规则来影响人体几何模型的自主行为规划，在人体几何模型的自主行为完成之后内部的情感再次进行更新，其实现过程如图3所示。

PosititonInterpolator位置节点和OrientationInterpolator方向节点参数化部分设置如下程序所示。

DEF W PositionInterpolator

{

key [0 0.0011 0.0022 0.0034 0.0045 0.0056 0.0068 0.0079 …….]

KeyValue[0.147 0.029 0.208 0.148 0.038 0.209 0.154 0.087…….]

}

DEF Human OrientationInterpolator {

key [0 0.0011 0.0022 0.0034 0.0045 0.0056 0.0068 0.0079 …….]

KeyValue[ 0 0 1 0 -0.808 0.468 0.357 0.009 -0.787 0.509…….]

}

……..

当音乐响起之后，虚拟环境中的人体做出一系列不同的交互行为，如图4所示。

4 结论

虚拟现实音乐情感模型主要为用户提供一个具有沉浸感较强、操作简单的智能交互的虚拟环境。本模型仿真系统采用VRML和Java脚本相结合的方式，利用VRML的虚拟节点实现了虚拟环境中音乐情感模型及其行为的交互设置，让人体几何模型在实时感知虚拟环境动态变化的同时还能生成内部情感，通过内部情感的传递产生了具有认知感的行为规划，能够自主实现行为的实施，很好地完成用户虚拟化人体几何模型的各种交互，达到了虚拟与现实的逼真模拟程度。但是由于在虚拟现实环境中，VRML和Java 的工具相对简单，虚拟人体几何模型实施的交互行为还需要考虑更丰富的内部情感需求，需要扩充更多的任务、行为设置来增加虚拟环境中音乐情感的逼真实现。

参考文献：

[1] 魏洪涛，陈煜.用于VR网上祭祀的智能虚拟化身Agent模型[J].武汉理工大学学报，2010（6）.

[2] 贾庆浩，刘林.基于VRML的空间并联机器人运动仿真优化[J].图学学报，2012（6）.

[3] 杨琳.基于VRML和JavaScript的动画控制机制[J].系统仿真技术，2012（3）.

[4] 许建真，宋爱玲，宋柳柳.一种基于优先级的VRML文件优化技术[J].计算机应用与软件，2013（7）.

[5] 金钺，侯土君.基于情绪心理学的情感计算建模理论与流程[J].系统仿真学报，2007（10）.