人工智能的虚拟仿真技术研究

王 辉 宋昌统 周 茜

(1.镇江高等专科学校电气与信息工程学院，江苏 镇江 212003；2.镇江市政府办公室，江苏 镇江 212003)

人工智能的虚拟仿真技术研究

王 辉1宋昌统1周 茜2

(1.镇江高等专科学校电气与信息工程学院，江苏 镇江 212003；2.镇江市政府办公室，江苏 镇江 212003)

由于科技发展不断进步，人工智能的虚拟仿真技术也随之迅速发展起来。在过去的十多年，吸引人们最多的两项技术是虚拟仿真技术的专研以及人工智能技术的专研，在进行这两项技术专研时，智能虚拟环境是发现这两项技术共同点的主要因素。本文对人工智能的虚拟仿真技术进行分析，找出人工智能的虚拟仿真技术存在的问题，进而深入了解了人工智能的虚拟仿真技术的建模方式。

人工智能；虚拟仿真；计算机图形

1 引言

随着我国社会发展越来越快，计算机技术已经成为我们工作、学习离不开的重要工具，而推动计算机领域发展的主要技术就是虚拟仿真技术。因此也受到了各个领域的广泛应用，例如在化工企业的设计和制造、教学行业的教育和培训、军事行业的模拟练习和战场仿真训练、医学行业的远程医疗技术和外科手术以及各个娱乐场所等等，这给人们的正常生活和工作带来了非常重要的影响，也是推动我国科技发展的高新技术。

2 基于人工智能的虚拟仿真技术

2.1 虚拟仿真技术

虚拟仿真技术（VE）不仅在空间技术、计算机远程操控以及娱乐场所得到广泛的应用，随着社会的进步，虚拟仿真技术涉及的领域也越来越广，例如建筑工程中建筑设计、医学行业的远程医疗技术和外科手术以及教学行业的教育和培训等。虚拟仿真主要是根据现实世界里的场景进行虚拟化，虚拟世界中所有的物体都是根据现实世界的物体进行虚化演变而来的，进而形成了现在的虚拟仿真技术。对于虚拟仿真技术来说，绝大多数的场景都是采用静态三维立体技术来实现的，而场景中的全部物体都是静态的，非主动的以及没有生命的。在现实世界中，这些都是具有生命力的事物，与虚拟世界形成了一个极大的反差。为了使虚拟世界与真实世界更加相似，为了给参与进来的用户营造出身临其境的效果，就要在虚拟世界中加入一些有生命力的事物，进而构建成一个整体的智能虚拟环境（IVE）。

2.2 人工智能

人工智能（AI）主要是用于效仿、拓展和扩大人类智能方式、技能、理论知识以及应用系统进行专研和开发的一项高新技术。在计算机系统中，人工智能是其重要的一个分支。它试图对智能的本质进行了解，并设置出一种全新的与人类智能做出类似反应的智能设备。该领域研究的对象包含五方面，包括智能机器人、语音识别系统、图像识别系统、自然语音处理系统以及专家系统等。

2.3 人工智能与虚拟仿真的结合

智能虚拟环境主要由两种技术组成，一种是虚拟环境，另一种是人工智能或者人工生命。在这种环境影响下，对于有生命的事物用智能代理（Agent）来表示，在虚拟仿真技术中也可以应用智能代理（Agent）来表达用户的化身（Avatar）。随着越来越多的用户划分到VE中，Agent与其它对象会随着大部分代表用户的Avatar之间发生互换而进行交换。由于IVE具有多样性特点，由此得知其属于交错科研专研课题，因此，它涉及的学科也非常广，其中包含计算机绘图课程，虚拟环境设计课程、人工智能/人工生命专研课程、技术仿真课程以及机器人制作课程等等。为了实现具备实现效果的虚拟环境，将人工智能与虚拟仿真的结合是非常重要的。

3 人工智能与虚拟仿真技术结合的实现

3.1 智能虚拟环境系统结构

为了实现更真实的虚拟世界，可以将IVE系统当做一个具有生命体征的对象，而这个对象一定要具备一定的智能性，并能实现相互交换。这个对象可以是现实世界存在的，也可以是虚构的，也可以是登录虚拟系统的用户。高级概念层的主要作用就是将上一层传递出的指令进行解释，将解释后的成果当做物理表示层中各个对象发生的变化，再把物理表示层里的各个对象发生的变化进行转换，转换成就有代表意义的知识表示，进而传递到Agent层实现决策目的。物理层的主要目的是将几何以及纹理信息进行存放。

3.2 虚拟环境的建模

智能性虚拟环境的模型的设计理念最初是由计算机建立图片角色演变而来的，为了使智能性虚拟环境更加真实，智能特性虚拟对象需要具备两方面的模型：一是具备可信的相似事物的外貌特征，二是具备可信的相似事物的行为。为了保证给用户营造出真实的氛围，就要在设置智能性虚拟环境的模型时，要给参与用户足够的信誉度并愿意参与进来。在设计智能性虚拟环境中的对象时，可以是现实生活中存在的，也可以通过计算机技术进行艺术处理或者利用夸张的手法进行虚化的。即使智能性虚拟环境中的对象可以千奇百怪，但是智能性虚拟环境中的对象一定要具备较高的可信度，以及要具备与现实环境中的生物相同的行为特征，例如各种生物具备的自主能力、适应能力以及交互能力。

为了让智能虚拟环境中的对象具有行为决策能力，需要在虚拟环境搭建以下五个模块：第一是适用于各种计算的决策模块；第二是虚拟智能对象状态模块；第三是数据库；第四是虚拟智能对象行为模块；第五是虚拟环境和其他因素模块。其中，在智能虚拟环境中起着决策作用的是决策模块，对虚拟智能对象完成进入状态的是状态模块，实现各个对象动作查找工作的是数据库，对智能虚拟环境进行记录的是环境和其他模块。具体如图1所示：

图1 虚拟智能对象构成示意图

3.3 关键技术

(1)具备繁琐行为和生命特征的对象构模方法

为了使场景中的对象更加生动逼真，根据不同的对象，采用不同的构模方法。为了保证对象的物理模型更加真实，一般可以采用交互式图片的构模方法来实现，也可以借助计算机中绘图技术对虚拟对象的状态和纹理进行修改。

(2)面向IVE的人体动画

为了更好地完成人体动画，一般采用两种解决措施：第一是设立一个面积巨大的人体姿势库，这种方式虽然能够在设计初期有效快速地解决问题，但是缺少灵动性，由于人的姿态动作比较多，而且各个动作之间的组合方式也多种多样，因此，要想人体姿势库存在各种各样的人体姿势是很难实现的；第二种方式是根据人体的运动规律进行专研，从人体的运动学和行为学进行研究。虽然在设计初期的难度比较高，但是由于它能够帮助高层提供相关的数据实现对动画的控制，可以形成较好的行为动画。

(3)实时绘制

为了使智能虚拟环境具有更加真实的效果，可以借助多种加速绘图技术来实现，可以利用可见性进行判断，对于不可见的对象最好不进行绘制；对于不太重要的图像对象，可以利用简单模型进行绘制；对于距离较远的对象可以利用纹理进行表示。目前我国大多数的机器都可以用硬件纹理映射进行绘制，但是对面积较大的纹理图像，多次对纹理缓冲区进行倒进倒出操作会对硬件纹理映射的速度造成严重的影响。所以，我们要根据不同性质的纹理图片进行归类，进而提高硬件纹理映射的速度。具体如图2所示。

图2 虚拟智能对象的实时绘制

4 结束语

智能虚拟环境主要由两种技术组成，一种是虚拟环境，另一种是人工智能或者人工生命。由于智能虚拟环境具有多样性，因此其设计的领域也比较广，其中包含计算机绘图技术、人工智能技术、仿真技术、计算机动画技术等等。由此得知，随着对智能虚拟环境发展不断深入，人工智能的虚拟仿真技术以后涉及的领域会越来越广，会更多地集成多种AI技术，它们都具备较高的行为真实性，同时也支持多个用户参与进来，进而实现一个具备生命体质的智能虚拟化世界。

[1]罗玉华，左军，李岩．虚拟现实技术及其应用[J]．科技信息，2010 (01)：63+53．

[2]王文举，李光耀．虚拟维修仿真技术的研究与进展[J]．系统仿真学报，2011(09)：1751-1757．

[3]安建强．基于虚拟仿真技术的创新训练研究与实践[J]．实验技术与管理，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

王辉，女，江苏丹阳人，硕士，讲师，研究方向：人工智能与虚拟现实。