智能虛擬環境中基于MAS的智能Agent體系結構

張 錚

（江西交通職業技術學院，江西 南昌 330013）

智能虛擬環境中基于MAS的智能Agent體系結構

張 錚

（江西交通職業技術學院，江西 南昌 330013）

智能虛擬環境是人工智能和虛擬現實相結合的產物。由于多Agent系統具有可擴展性、自治性、主動性、可重構性和敏捷性等特點，已成為目前最感興趣的AI技術之一。本文提出一種IVE中基于多Agent系統的智能Agent體系結構，著重于智能Agent內部機制的研究與設計，通過Agent的內部機制來提升系統的整體性能。

智能虛擬環境；MAS；Agent

1．引言

虛擬環境（VE），指人處在一個由計算機模擬產生的3D環境中，獲得如同在相同的真實世界里的感覺，通過對人類的感覺器官產生人為的如聽、視、觸覺等刺激信號，使人獲得在相似真實世界中才能取得的真實感受。就現在的VE系統而言，大多數都采用靜態的三維場景，場景中的物體是靜態的、被動的、無生命的。為了更逼真地模仿世界，使得參加的用戶具有沉浸感，迫切需要在虛擬世界中加入有生命的對象，包括虛擬人或動物，此時用戶用一個代表他的用戶化身（avatar）來表示。場景中有生命的對象和用戶化身的活動都應具有一定的智能性，從而形成為一個智能虛擬環境（IVE）。

智能虛擬環境是人工智能和虛擬現實相結合的產物[1]。在IVE中，有生命的對象用Agent表示，代表用戶的化身也用智能Agent表示。對智能Agent的定義，研究人員根據不同的應用和角度，在自己的理解上做出了不同的說明。Stan和Art考察大量的Agent概念，給出：智能Agent系統是環境的一部分，只在特定的環境中感知環境并作用于環境，從而實現自身的日程，影響將來的感知[2]。智能Agent總是與其對應的環境相結合，離開了所處的環境，Agent就失去了存在的意義。它通過感應器和效應器與環境相互作用，具有目的，有意圖的行為，使環境將來的狀態符合日程。

智能Agent技術是繼面向對象的建模方法后，出現的又一功能強大的建模方法[3]。智能Agent具有自主性、反應性、社會性及推理能力等特點，已成為人工智能領域描述行為模型的通用技術框架，能夠用來解決傳統的人工智能所不能解決的環境適應性、信息部完全性及實時性等問題[4]。由于多Agent系統（Multi-Agent Systems，MAS）具有可擴展性、自治性、主動性、可重構性和敏捷性等特點[5]，已成為目前最感興趣的AI技術之一。

在MAS領域，以往的研究大都集中于Agent和Agent組織之間的交互協作。而本文通過對智能虛擬環境體系結構的需求分析，提出一種IVE中基于MAS的智能Agent體系結構，著重于智能Agent內部機制的研究與設計，通過Agent的內部機制來提升系統的整體性能。

2．智能虛擬環境體系結構需滿足的要求

2．1 智能化與可視化分離

為創建具有良好擴展性和通用性的體系結構，虛擬現實（VR）和MAS這兩個系統必須獨立工作。這樣用于計算推理的智能化部分才能從用來展示推理結果的可視化部分明確地分離出來[8]。圖1給出了獨立分配可視化和智能化的抽象層次結構，幫助擴展IVE應用。這種方案使用特定的圖形工作站來專門處理渲染，用其它的計算機處理AI計算，用專用的CPU周期渲染。

圖1 智能虛擬環境的獨立部分

2．2 分配AI計算任務

智能虛擬環境提供的沉浸感和環境中個體的可靠行為都由AI技術來實現。但這些技術可能需要很高的計算代價。另外，要使環境中的智能Agent以靈活的方式自主交互，采用MAS方法更合適。MAS中，為一個應用程序中的每個不同Agent分配一臺計算機，獨立地專用于應用程序的可視化部分。這些Agent只知道VE的一部分，并且知道怎樣才能達到它們的設計目標。

2．3 面向任務的行為

每個Agent被設置了一組預先設定的可在虛擬環境里執行的基本動作，比如看和移動。這些基本動作被自動執行。此外，Agent還能執行專門的動作，這些動作不是直接的，因為這些動作需要依賴于上下文。因此Agent以任務這一高于動作的抽象方式運行。任務的意思是：包含了上下文的動作。一個上下文就是一組定義一個動作的屬性。

3．Agent體系結構

為滿足以上要求，本文提出了智能虛擬環境中基于MAS的智能Agent體系結構，如圖2所示。該體系結構共有三層。

圖2 智能Agent的體系結構

物理層建立每個Agent和虛擬環境之間的邏輯聯系。傳感器從仿真控制器（Simulation Controller，SC）中捕獲虛擬環境中的事件，將其傳送到認知層以執行必要的操作。一旦某個Agent要執行一個動作，效應器就把它傳送給仿真控制器。

仿真控制器（SC）是MAS子系統中的一個特殊Agent（在仿真過程中的唯一正在運行的Agent），它為虛擬世界解釋所有的Agent動作，保證仿真過程中任意時刻虛擬世界的一致性。SC對虛擬世界的狀態做有效的表達，為圖形觀測儀提供所有需要的信息。由于SC發送和接收的數據量很大，它的體系結構必須對虛擬世界中的任何刺激作出快速的反應。

仿真層包含了仿真邏輯管理模塊，用來管理仿真的生命周期。該模塊負責執行管理仿真的虛擬社會的關系規則，保證該過程的同步。整個虛擬世界的狀態，都存儲在世界知識庫中，其中包含展示和管理虛擬世界的所有必須的數據。

反應層是虛擬世界與環境的邊界。它由兩個模塊組成。感覺應答模塊從環境中捕獲事件。它執行虛擬世界中Agent的動作，計算這些動作對虛擬世界造成的物理后果，并解釋世界知識庫的新變化。從而，感覺應答模塊將這些發生的影響和變化發送到其他相關的代理。另外，該層控制與觀察儀的交互。在仿真過程中，同一時刻可能有多個觀察儀運行在不同的計算機上。為保持理想的幀速率，必要的信息都必須在每一幀發送到觀察儀。

社會層通過有效使用FIPAACL合作協議來管理Agent間的交互。

Agent的認知層由三個模塊組成：知識庫模塊，決策模塊和執行模塊。每個Agent都具有虛擬環境存儲在知識庫中的部分知識，作為它的記憶。決策模塊具有兩個干預層。反應層使用快速解決方案，而協商層使用知識庫模塊來獲取更好的解決方案。協商層可以有個計劃器，通過對VW的獨立觀建立面向任務的計劃。決策模塊同時被社會層和執行模塊使用，以解決兩個關鍵問題：重新分配任務列表中各任務的優先級和搶占當前活動的任務。執行模塊包括一個任務列表，一個調度器和一個調度程序。任務列表保存了一個Agent要做的所有任務。調度器使用認知層的決策模塊來重新分配任務列表中各任務的優先級，并選擇優先級最高的任務。調度程序從任務列表中選擇優先級最高任務并執行。另外，調度程序還可以通過決策模塊掛起當前正在執行的任務。

社會層管理Agent之間的交互，以讓各Agent相互合作，協調一致，達到它們各自的和全局的目標。

4．總結

本文提出了提出一種IVE中基于MAS的智能Agent體系結構，著重于智能Agent內部機制的研究與設計，通過Agent的內部機制來提升系統的整體性能。該方法應用MAS，將可視化和智能化模塊分開處理，使得可擴展性在圖形層（增加設備數量）和MAS層（增加與VE交互的Agent數量）都能實現。

[1]潘志庚，張明敏，許威威．智能虛擬環境[J]．系統仿真學報，2001，13(增刊)：152-155．

[2]史忠植．智能主體及其應用[M]．北京：科學出版社，2000．

[3]劉箴．浙江大學博士后研究工作報告，2004．

[4]M．Wooldridge and N．R．Jennings．Intelligent agents：Theory and practice． The Knowledge Engineering Review，10(2)：115-152，1995．

[5]范輝，華臻，李晉江等．智能虛擬環境的研究[J]．微電子學與計算機，2004，21(6)：100-103．

AgentArchitecture for Intelligent Virtual Environment Base on MAS

Zhang Zheng
(Jiangxi Vocational and Technical College of Communication,Nanchang 330013,Jiangxi)

Intelligent Virtual Environment is an outcome of Artificial Intelligence and Virtual Environment.Due to its features: scalable,autonomous,proactive,reconfigurable,agile,the Multi-Agent Systems(MAS)has been the most interesting AI technique. This paper presents a new Agent architecture for Intelligent Virtual Environment base on MAS,concentrates on the internal mechanism research and design of intelligentAgent,and promotes the whole performance of the system byAgent’s internal mechanism.

intelligent virtual environment;MAS;agent

張錚，男，江西進賢人，碩士，講師，中級項目經理，研究方向：計算機科學與技術，系統集成，智能化。