基于人工智能的虛擬仿真技術探究

劉津津　張雙雙

摘 要：現如今，隨著科學信息技術的不斷發展，虛擬仿真技術也得到了更好地發展。人們對于虛擬仿真、人工智能的研究程度也在逐漸加深，并取得了一定的成就。本文主要對基于人工智能的虛擬仿真技術進行研究，通過對虛擬仿真智能結構、環境、技術等的研究。

關鍵詞：人工智能 虛擬仿真 技術 研究

Research on Virtual Simulation Technology Based on Artificial Intelligence

Liu Jinjin，Zhang Shuangshuang

Abstract：Nowadays， with the continuous development of scientific information technology， virtual simulation technology has also been better developed. People's research on virtual simulation and artificial intelligence is gradually deepening， and certain achievements have been made. This paper mainly studies the virtual simulation technology based on artificial intelligence， through the research of virtual simulation intelligent structure， environment， technology， etc.

Key words：artificial intelligence， virtual simulation， technology， research

近幾年來，隨著信息科技的持續發展，人們非常熱衷于研究虛擬仿真技術，推動了虛擬環境技術的更好發展。目前，虛擬環境技術在醫療、衛生、教育、可視化、虛擬制造、建筑設計、遠程操縱、空間技術、娛樂等領域的應用愈發廣泛。在運用虛擬環境來模式真實世界時，很多虛擬場景中的人物或者場景都是沒有生命的，被動且靜態的，一般都是一種三維的場景。但是在人們的真實世界中，很多場景和對象都是具有生命的，動態且主動的。為了能夠更好地將世界的真實性更好的模擬出來，重視基于人工智能的虛擬仿真技術的研究是非常有必要，也是虛擬環境技術持續發展與延伸的重要內容。

1 虛擬仿真技術的概念及內涵

虛擬仿真技術主要是一種人工智能或者人工生命技術與虛擬環境技術的有機結合體。在虛擬仿真環境中，一般有生命的對象與用戶的化身都用智能代理的方式來實現。同時虛擬仿真技術也是一種交叉性學科，其主要涉及到方針、人工智能、人工生命、虛擬環境、計算機圖形、機器人等多種模型。虛擬仿真技術的研究和開發，能夠促進虛擬環境技術變得更加真實，推動了科技的進步。

從當前的虛擬環境角度來分析，運用可見性裁剪技術、幾何簡化技術以及對象的紋理技術等，能夠更好地對較為復雜的三維場景進行實時繪制。同時從構造模型角度來分析，運用圖像造型技術，能夠推動工作量得到有效減少，促進虛擬環境工具或者技術得到更好研發與應用。在研究人工智能虛擬方針技術時，主要針對人體動畫技術、虛擬生物建模、環境中的Avatar、智能Agent技術、實時復雜動態場景的繪制技術、智能生命模擬技術、智能交互技術、知識推理技術以及知識表示技術等等。通過對這些技術的綜合且全面的研究，能夠促進虛擬仿真技術得到更好應用[1]。

2 分析智能虛擬環境的關鍵技術問題

在研究和分析智能虛擬環境體系結構時，通常將智能虛擬環境系統當做是由一組具有生命特征對象構成的虛擬世界，而這些對象具有一定的交互性和智能性。同時這些有生命特征的對象是虛擬環境中的實際對象，通常是一些虛擬的生物、虛擬的人以及登錄到系統的某個用戶等等。為了能夠對基于人工智能的虛擬仿真技術進行更好地研究，分析、了解與掌握智能虛擬環境的關鍵技術與要點是非常有必要的。下面對智能虛擬環境的關鍵技術問題進行分析與探討：

2.1 對象構模技術的研究

在研究以人工智能技術為基礎的虛擬仿真技術時，為了能夠將虛擬場景中的對象刻畫的更加逼真和真實，重視對生命特征、復雜行為的對象構模方法的研究是非常有必要的。由于場景中的對象不同，其構模的方法也不盡相同。對象構模技術主要針對不同的物理模型，運用交互式的圖像構模方式來實現對象的構模，并運用計算機技術來對虛擬物體的紋理與形象進行抽取，從而實現對象構模的目標，提升對象構模技術的應用效果與水平。

2.2 人體動畫技術的研究

在研究虛擬仿真環境技術時，人體動畫技術是不可或缺的重要研究內容，同時也是實現人工智能虛擬仿真模型構建目標的重要技術。通常情況下，一般會根據人體的姿勢情況來建立較為龐大的人體姿勢庫，但是由于其靈活性不足，人體的動作多而雜，動作與動作之間的組合方式也很多，如果建立所有人體姿勢的數據庫是不現實的。因此，為了能夠克服當前人體動畫技術上的難題，可以從動力學、運動學的角度出發，結合人體運用的規律來進行機器人學、人體學的研究，進而有利于控制好人體的行為高層參數和行為動畫，為智能虛擬仿真技術的研究提供幫助[2]。

2.3 模擬智能生命技術的研究

為了能夠提升行為的真實感，運用認知構模方式來描述虛擬生物的神經系統與形體，運用人工智能的規劃、推理、知識表示等虛擬技術來對生物活動進行控制，這樣能夠促進其行為真實感的更好提升。傳統的人工智能技術不能夠對虛擬環境實時性要求進行更好地滿足，而要想增強其應用的實時性，必須要改造其實時搜索的算法，并運用棧結構來對其動作進行存儲，實時評價其規劃的動作，從而促進虛擬環境要求得到更好滿足。

2.4 實時繪制圖形技術的研究

實時繪制圖形技術有很多種，為了能夠提升系統的時性真實感，運用多類實時繪制圖形技術是非常必要的，其能夠判斷可見性，對于看不見的對象盡可能不去繪制，對于重要性不強的圖形對象盡量運用簡化模型來揮之，或者運用紋理來表示遠處的對象。當前，隨著科技的進步，硬件紋理映射操作的程度也在不斷加深，很多機器都可以實現其操作性能。但是如果紋理圖像過大，反復、頻繁的倒進倒出紋理緩沖區，會對其操作速度產生嚴重的影響。因此，我們通常會將紋理圖像按照亮度信息與彩色信息進行區分。先粗略的采樣亮度信息和彩色信息，然后再將二者進行合并，這樣能夠形成不同層次、不同細節的紋理圖像，再結合具體需要來進行分辨率圖像的選擇，促進其速度得到大大的提升。

2.5 智能人機交互技術研究

虛擬環境技術的發展涵蓋著輸入技術、跟蹤技術、先進的顯示技術、三維圖形技術、虛擬聲音合成技術以及觸覺反饋技術等等，其目的是為了給用戶提供一種更加高效、自然的人機交互模式。隨著現代科技的快速發展，虛擬環境技術推動了傳統桌面人機交互技術與理論的改變，使得人們能夠非常自然的在虛擬環境中交互信息。但是由于受到軟硬件條件的約束和限制，人機自然、和諧的交互還沒有真正實現。為了能夠解決這一問題，從人的需求以及認知特性出發，提出更為恰當與合適的認知與用戶模型，結合每個行為通道、特殊感知通道的特點以及用戶模型來提出更多更具針對性的交互方法，然后再結合不同種類的交互任務來整合輸入通道，這樣就能夠實現和諧、自然、高效地和虛擬環境展開實時性的交互。

2.6 推理及知識表示技術研究

在虛擬仿真環境中，為了能夠抽象的表示環境，對虛擬世界以及對象演變過程進行更高級別的描述，運用虛擬仿真環境中的推理技術和知識表示技術，能夠實現和滿足這一要求。與此同時，在虛擬仿真技術與用戶進行交互時，不能局限地直接操縱虛擬仿真環境中的操作對象，必須要開展更高級別的交互，如自然語言的交互等等。智能虛擬環境技術要解釋用戶輸入通道，必須要將用戶端的輸入翻譯成高級的抽象表示以及虛擬環境中的動態變化翻譯成抽象表示，從而發揮出智能虛擬方針技術的應用作用與價值。

3 建模虛擬環境的研究

在進行建模虛擬環境的研究過程中，主要針對行為建模與認知建模這兩大方向來展開研究。在研究行為建模時，主要是對于真實實體對象的行為模型盡可能的搜索和實現，按照行為建模模型，人們能夠對行為上真實的虛擬實體進行更好地構造，從而奠定了虛擬環境中行為模式的基礎和前提。而在構建虛擬環境行為模型時，要想將虛擬實體的動態性更好、更真實的反映出來，并將其行為特征以及物理特性更好地展示出來，必須要進行虛擬環境的行為建模工作，這樣對于智能虛擬環境技術的研究與開發非常有利。而認知建模研究的內容主要是對人類學習、計劃、推力等問題的展開研究，對于Agent是否在一個虛擬環境中并不予考慮，這與其他環境或者情況下的職能Agent所面對的問題都是相同的，也可以將這些問題和依據看成是所有研究的基礎和前提。而在研究人工智能與虛擬環境結合技術時，研究的核心就是Agent方法，其也是人工智能領域中不可覆蓋和湮沒的內容。在很早以前，對于agent的研究就已經開始，且非常積極和活躍，當時就已經開過很多次會議來進行agent的研究，組建了多個專家組或者技術組專門研究agent。但是以往的agent研究與現在的agent研究并不相同，以前的agent研究比較表面化，與智能虛擬環境技術缺乏有效的聯系和結合。而在本文中，agent的研究主要是一種智能虛擬環境技術或者方法，其包括虛擬的人、虛擬的演員、虛擬的agent、虛擬的場景、虛擬的物品以及用戶在虛擬環境中的化身等等。通過對當前agent技術的研究與應用，能夠促進虛擬仿真技術得到更好應用，并促進人工智能技術與人工智能水平的更好發展與提升[3]。

4 結語

綜上所述，在研究基于人工智能技術的虛擬仿真技術時，針對人工智能與虛擬環境的技術的研究是非常有必要的。由于智能的虛擬環境仿真技術涉及到的內容和學科比較多和繁雜，如認知科學、計算機動畫學、機器人學、仿真學、人工生命學或者人工智能學科、計算機圖形學等等，這些都是研究智能虛擬環境仿真技術中不可或缺的重要內容和技術。隨著智能虛擬環境技術的不斷發展，具有生命特征、支持多個參加者以及具有高度行為真實感的智能虛擬世界逐漸會以多樣化的形式面世，并對世界進行重要改變，推動世界科技向前發展。

參考文獻：

[1]楊靜宜.人工智能在虛擬技術領域發展研究[J].數碼世界.2017，（12）.590.

[2]徐英瑾.虛擬現實：比人工智能更深層次的糾結[J].人民論壇·學術前沿，2016，（24）.6-26.

[3]顧亞婷.虛擬仿真技術在運動生理學實驗中的應用探析[J].當代體育科技.2018，（34）.42-43.