情感計算： 不再是冷冰冰的機器

沈臻懿

傳統的人機交互過程中，用戶雖可借助屏幕、鍵盤、鼠標等形式來實現與計算機系統的“交流”，計算機系統也能精準執行用戶發出的各類指令，但卻始終無法理解和體會人類的心緒或情感。隨著當前人工智能時代的來臨以及認知科學、心理科學等領域的不斷深化研究，人們開始期待能夠像朋友般與計算機系統進行交流。實現這一愿望的關鍵，即需要計算機系統擁有如同人類一般的情感。在此背景下，“情感計算”領域漸漸映入人們的眼簾。借助這一前沿技術，計算機系統不僅能夠對情感進行抓取、識別、分析與表達，更能擺脫其原先“冷冰冰”的機器感，真正實現與人類的情感交流與溝通。

為計算機系統尋求“讀心術”

而今，計算機已然成為人們社會生活中不可或缺的重要組成部分。不少人在一天中的大部分時間內，都會面對計算機屏幕進行操作和工作。通常情況下，計算機只是作為一種輔助工作或社會生活的工具而存在。然而，是否會有人不再將計算機僅視為一臺機器或工具，而是嘗試像朋友一般與其進行情感交流與溝通？這一問題解答的關鍵，在于人機交互中的情感交互。

現階段，諸如語音識別、文字識別等自然語言交互技術已發展得較為成熟。諸如微信聊天語音的文字轉換功能，文件掃描的OCR文字識別功能，都是極為典型的事例。但人機交互過程一旦從自然語言跨越至情感溝通時，人們所面對的仍是一臺沒有絲毫情感的“冷冰冰”的機器。計算機系統既無法觀察人的情感表現，也無法理解人的情感變化。不過，隨著當前人工智能新浪潮的風起云涌，前述問題涉及的感知智能已逐漸成為一項核心研究領域。

與自然語言交互一樣，情感交互作為感知智能的有機組成部分，同樣是計算機系統，或者說是機器人與人類之間互動與溝通的重要手段之一。人工智能時代下，人們對于機器人能夠辨別用戶情感，并予以智能回應的愿望與需求尤為迫切。從某種程度而言，“人機情感交互”與“人和人交流”之間有著異曲同工之處，其最為關鍵的即是計算機能夠擁有類人的“情感智能”能力。為了消除人類和計算機系統之間客觀存在的情感交互障礙，有研究者就此提出了“情感計算”的概念，以期對人機交互過程中的情感信息予以專門處理。

簡單來說，“情感計算”就好比是計算機系統，或者說是機器人所尋求的“讀心術”技能——擁有情感計算的能力。計算機系統一旦能夠借助于這一“讀心術”進行察言觀色，未來或將具有近乎于人類的智能水平，進而變得更為強大和聰明。

情感計算與人機互動

人類對于自身情感的研究，已經歷了百余年的歷史。但在較長一段時期內，很少有人會將情感與“冷冰冰”的無生命的機器相聯系。唯有在科幻作品中，才有各類擁有類人智慧與情感的機器人出現。對于傳統的人機交互而言，其主要通過屏幕、鍵盤、鼠標等方式來進行。計算機系統能夠精準地執行用戶發出的各類指令，卻始終無法理解和體會人類的心緒或情感。人類之間的交流與溝通不僅自然，且充滿感情，久而久之，人類在與計算機系統的“朝夕相處”中也難免“日久生情”，進而期待其能夠具備情感能力。可以說，“情感計算”的問世，是計算機科學領域的研究者首次將探索目光匯聚至人類自身的內心活動。只有首先認識人類自己的情感，才能對其進行計算，進而適用于計算機系統或機器人之中。

所謂情感計算，最初由被譽為情感計算之母的麻省理工學院（MIT）羅莎琳德·皮卡德（Rosalind Picard）教授所首創。在皮卡德教授的長期研究生涯中，其一直致力于探索如何將人類的情感轉換為“0”和“1”的計算機語言。她提出，情感計算是與情感有關的，來源于情感或者能夠對情感施以作用的一種計算。情感計算的研究與發展，很大程度上源自于當前人工智能背景下，認知科學與心理科學等研究領域在人的情感與智能等方面所取得的長足進展。情感計算的最終目的，就要通過賦予計算機系統類似于人類的觀察、識別、理解、表達以及生成各類情感表現的能力，來構建起和諧的人機互動環境，從而令計算機系統具備更高、更全面的智能，能使其如同人類般進行自然、生動且親切地交流與互動。

情感計算的重要基礎之一，便是讓計算機系統掌握情緒識別的能力。相信在大家已略顯模糊的記憶中，可能還會記得初識微軟Office系統時，在打開Word軟件的同時，都會有一個類似于大眼睛曲別針圖案的Office智能助手Clippy出現。Clippy實際上是一個極其聰明的機器學習型人工智能（AI）。其可以準確識別并判斷用戶在Word中所輸入的究竟是普通文字還是信件等文檔。但在很長一段時期內，大部分用戶對于Clippy的態度，似乎都不甚友好。用戶在使用Office系統時，可能不是在艱辛工作，就是在苦思冥想。通常來說，用戶此時的心情都較為陰郁。但Clippy無論在何時，都看上去極為開心。試想一想，人們在心情不佳時，看到過于開心的Clippy，難免會更受刺激。因此，當比爾·蓋茨的微軟宣布Clippy將被取消時，大部分用戶都為之雀躍。甚至有人說道：“Clippy就應該被吊死！”Clippy可謂是“生不逢時”，雖極為聰明，但卻缺乏情緒識別的能力，難以通過情感計算來識別、理解和反饋各類情感特征。

對于人類社會而言，如果當某人心情不佳，別人看到其時，也會隨即調整表情，使自己看上去不再那么開心，以免進一步刺激到心情不佳之人。這一情緒調節的背后，就是人類所擁有的感知、識別情感的能力。為了使計算機系統擁有與人類接近的情感能力，并能實現與人類的交互，就必須讓計算機系統在情感方面變得更為強大與智能。因而，科學家嘗試應用計算的方式，來讓計算機系統能夠了解、感知并識別人類的情感狀態，并能在理解該狀態的基礎上，給出恰當的回應。

情感是如何得以被“計算”的

情感雖然是一種內在的主觀感覺，但總會伴隨著各類外在的表情。作為人類的非語言型交流方式，表情包括了面部表情、語調表情以及姿態表情等。面部表情即是面部肌肉變化所構成的各類組合。其不僅是人類常用的一種情感表現方式，也是人類用以情感鑒別的主要依據。語調表情，則是通過人類語音的抑揚、頓挫、強弱、高低等不同表現形式，來反映出說話人的情感動態。在人與人的交往過程中，語音通常是人類最為直接的交流平臺。姿態表情，即所謂的肢體語言，其通常隨著交互過程的深入而產生變化，并在其中傳達著特定個體的相關情感信息。

借助于特定的儀器設備，科學家可以對各類表情進行深入研究。譬如，同樣是笑容，就有微笑、開懷大笑、苦笑，甚至是真笑或假笑等多種類型。人們若是真笑時，其大腦左半球的電活動將增加，面頰會上揚，眼部周圍的肌肉也會推起；如若是假笑，則大腦左半球基本無電活動，面部僅有嘴唇肌肉活動，且下顎呈現出下垂狀態。這些面部活動的細小表情變化，都可以使用儀器設備進行記錄和監測。

從情感計算的科學原理而言，其可以通過各類傳感儀器的介入與應用，來獲取人類由于情感表達與傳遞所引發的生理和行為的特征信號，并建立起專門的“情感模型”。情感計算中可以應用的生理指標種類極為豐富。無論是心律、呼吸、血壓、汗液分泌、皮膚電活動、皮質醇水平，抑或瞳孔直徑、驚反射、腦電等感知信號，都可從中提取到情感特征，從而分析出人類情感與各類感知信號之間的關聯程度。譬如，通過對皮膚電反應這一生理指標的獲取與計算，可以測定特定個體的情感喚醒程度；而對于驚反射生理指標的獲取與計算，則可以測定特定個體的情感愉悅程度。在此基礎上，科學家讓計算機系統得以具備感知、接觸、識別與理解人類情感的核心能力，并能夠針對用戶的不同情感來做出智慧、友好且靈敏的反饋，最終打造出真正和諧與無障礙的人機互動環境。

情感計算的實現，涉及情感信號的抓取、情感心緒的識別、情感狀態的理解以及情感交互的表達等核心技術領域。情感信號的抓取，其實便是通過各類儀器設備對情感信號予以記錄的一項專門技術。相對于傳統較為笨重、不易搬動，且導線、電極復雜纏繞的多導生理測試儀器而言，各類前沿可穿戴裝備技術的相繼問世，為面部表情、語音、站姿、手勢、皮膚電、脈搏、心律等情感信號的抓取提供了極大便利。無論是可測定生理指標的鍵盤、鼠標，還是能夠監測脈搏、心律的項鏈及手環，前述可穿戴裝備技術在與用戶緊密結合的同時，可直接融入人機交互環節進行用戶情感信號的抓取。需要注意的是，情感是一個多項成分復合的集成概念，包括了生理、內在、外顯三方面內容。這就需要在情感信號的獲取上采用多種技術裝備，以同步記錄各部分的情感信號狀態。

對于抓取獲得的情感信息，需要對其進行分析，從而識別其內在的情感狀態，即所謂的情感心緒的識別。這一技術的難點之處，在于情感信號與情感狀態之間是極為復雜的多對多映射關系。為了最大程度還原并識別出交互對象真實的情感心緒，科學家致力于生活情境下的情感狀態識別。不過，真實生活前提下的情感狀態識別有別于實驗室條件下的研究，人類情感的變化會受到情境的影響。對于情境而言，其不僅推動著情感的產生與變化，更為情感識別與溝通傳輸著大量信息。因此，科學家在研究過程中，需要通過無線網絡、攝像探頭、傳感設備等諸多方式，隨時感知特定個體的動作、位置等與情境有關的信息，進而選擇恰當的建模并對建模參數進行優化，來提升計算機系統對于情感識別的準確率。

試想一下，如果當用戶在計算機系統面前流露出極為困惑，甚至略帶沮喪的表情時，計算機系統能即刻給予用戶鼓勵，并提供有益建議，這便是情感計算的一大效用。實現前述假設的核心技術，則是情感狀態的理解及反饋。其是指計算機系統能夠在情感獲取與識別的基礎上，對人類特定情感產生的原因作出分析，并在此基礎之上給予恰當、合理的情感反饋。只有真正具備這一核心能力，計算機系統才能稱得上是實現了人類般的情感與智慧，從而能夠真正給用戶以情感體驗與支持。

類似于人與人之間的情感交流與表達，人機交互中所涉及的情感表達，則是通過計算機系統中的交互設備來向用戶傳遞和表達情感。為了迎合人類的情感表達，計算機系統需要通過擬人化的方式，如動畫、語音、色彩、音樂等多維度手段來進行情感的交流和表達。隨著人工智能的強勢來襲，情感計算在情感交流與表達的縱深層面上也取得了長足的發展。情感計算與面部圖像合成技術的融合，令計算機系統或者機器人合成出了更為復雜的面部影像。計算機系統不僅可以憑借面部表情、語音語言、肢體動作等來表達憤恨、愉悅或憂傷等情感，甚至能在特定情境背景下傳遞出更為細膩的“內心波動”。在我們的傳統印象中，計算機系統模擬出的語音多為平淡、無音調變化，甚至略顯死板的機械合成音。但隨著情感計算的介入，語音作為計算機系統傳遞、表達其情感的一大途徑，同樣能夠根據特定情境，來展現出其時而憂郁、時而歡快，又時而悲傷的不同語調表情。

情感計算適用領域的微觀縮影

情感計算技術的興起與發展，令計算機系統擁有了讀取并分析用戶情緒的強大能力。對于這一技術的潛能挖掘，或者可以幫助自閉癥患者獲取、理解他人的情緒，或者可以表達自身的情緒，或者可以為獨居老人、住院患者等特定群體多一位“知心人”陪伴……在一些適用領域中，情感計算已展現出其自身的特殊價值。

不幸罹患自閉癥的患者，在語言、行為以及人際交往上往往都與社會存在著巨大的障礙與壁壘。據統計數據顯示，截至2011年4月2日“第四個世界自閉癥關注日”，全世界自閉癥患者已達6700萬，尤其發病率在全球呈急劇上升趨勢。對于這些離“上帝”最近的特殊群體，情感計算技術的介入，或許將為其帶來意想不到的福音。

作為情感計算之母的羅莎琳德·皮卡德教授，專門為埃斯伯格綜合征的患者開發了一款情緒識別眼鏡。對于埃斯伯格綜合征患者而言，其雖愿意與他人交往并玩耍，但卻難以理解面部表情、肢體姿態等人類情感的表達信息。這就使得患者難以建立和維系良好的人際關系及友誼，往往會被同伴所孤立。患者通常只能將其關注點集中在某一特定主題上，且難以讀懂社會生活和人際交往中的各類情感交互形式。該款情緒識別眼鏡的作用，便是當患者失去興趣或出現厭倦時實時發出警告。這款眼鏡采用了情感計算技術，并配有特定的燈光顯示，該燈光顯示只有佩戴者才能看到。當埃斯伯格綜合征患者開始與他人交流談話時，集成在眼鏡中的燈光就會呈現出黃色閃爍狀態。當需要轉換交流話題以更好地與他人溝通時，眼鏡便會不斷閃爍紅光來警示佩戴者。

此外，對于自閉癥患者而言，難以表達自身情感往往是其極為痛苦的一件事情。因此，羅莎琳德·皮卡德教授也嘗試開發了一款基于情感計算技術的傳感器。該傳感器可以由自閉癥患者自行佩戴在手腕之上。傳感器通過感知患者皮膚的溫度、電導率、活動水平等生理指標，來判斷患者當前的情緒狀態，并通過一定方式予以輸出，從而為難以表達自身情感的自閉癥患者帶來希望與福音。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com