基于人工智能的虚拟仿真技术探究

刘津津　张双双

摘 要：现如今，随着科学信息技术的不断发展，虚拟仿真技术也得到了更好地发展。人们对于虚拟仿真、人工智能的研究程度也在逐渐加深，并取得了一定的成就。本文主要对基于人工智能的虚拟仿真技术进行研究，通过对虚拟仿真智能结构、环境、技术等的研究。

关键词：人工智能 虚拟仿真 技术 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

近几年来，随着信息科技的持续发展，人们非常热衷于研究虚拟仿真技术，推动了虚拟环境技术的更好发展。目前，虚拟环境技术在医疗、卫生、教育、可视化、虚拟制造、建筑设计、远程操纵、空间技术、娱乐等领域的应用愈发广泛。在运用虚拟环境来模式真实世界时，很多虚拟场景中的人物或者场景都是没有生命的，被动且静态的，一般都是一种三维的场景。但是在人们的真实世界中，很多场景和对象都是具有生命的，动态且主动的。为了能够更好地将世界的真实性更好的模拟出来，重视基于人工智能的虚拟仿真技术的研究是非常有必要，也是虚拟环境技术持续发展与延伸的重要内容。

1 虚拟仿真技术的概念及内涵

虚拟仿真技术主要是一种人工智能或者人工生命技术与虚拟环境技术的有机结合体。在虚拟仿真环境中，一般有生命的对象与用户的化身都用智能代理的方式来实现。同时虚拟仿真技术也是一种交叉性学科，其主要涉及到方针、人工智能、人工生命、虚拟环境、计算机图形、机器人等多种模型。虚拟仿真技术的研究和开发，能够促进虚拟环境技术变得更加真实，推动了科技的进步。

从当前的虚拟环境角度来分析，运用可见性裁剪技术、几何简化技术以及对象的纹理技术等，能够更好地对较为复杂的三维场景进行实时绘制。同时从构造模型角度来分析，运用图像造型技术，能够推动工作量得到有效减少，促进虚拟环境工具或者技术得到更好研发与应用。在研究人工智能虚拟方针技术时，主要针对人体动画技术、虚拟生物建模、环境中的Avatar、智能Agent技术、实时复杂动态场景的绘制技术、智能生命模拟技术、智能交互技术、知识推理技术以及知识表示技术等等。通过对这些技术的综合且全面的研究，能够促进虚拟仿真技术得到更好应用[1]。

2 分析智能虚拟环境的关键技术问题

在研究和分析智能虚拟环境体系结构时，通常将智能虚拟环境系统当做是由一组具有生命特征对象构成的虚拟世界，而这些对象具有一定的交互性和智能性。同时这些有生命特征的对象是虚拟环境中的实际对象，通常是一些虚拟的生物、虚拟的人以及登录到系统的某个用户等等。为了能够对基于人工智能的虚拟仿真技术进行更好地研究，分析、了解与掌握智能虚拟环境的关键技术与要点是非常有必要的。下面对智能虚拟环境的关键技术问题进行分析与探讨：

2.1 对象构模技术的研究

在研究以人工智能技术为基础的虚拟仿真技术时，为了能够将虚拟场景中的对象刻画的更加逼真和真实，重视对生命特征、复杂行为的对象构模方法的研究是非常有必要的。由于场景中的对象不同，其构模的方法也不尽相同。对象构模技术主要针对不同的物理模型，运用交互式的图像构模方式来实现对象的构模，并运用计算机技术来对虚拟物体的纹理与形象进行抽取，从而实现对象构模的目標，提升对象构模技术的应用效果与水平。

2.2 人体动画技术的研究

在研究虚拟仿真环境技术时，人体动画技术是不可或缺的重要研究内容，同时也是实现人工智能虚拟仿真模型构建目标的重要技术。通常情况下，一般会根据人体的姿势情况来建立较为庞大的人体姿势库，但是由于其灵活性不足，人体的动作多而杂，动作与动作之间的组合方式也很多，如果建立所有人体姿势的数据库是不现实的。因此，为了能够克服当前人体动画技术上的难题，可以从动力学、运动学的角度出发，结合人体运用的规律来进行机器人学、人体学的研究，进而有利于控制好人体的行为高层参数和行为动画，为智能虚拟仿真技术的研究提供帮助[2]。

2.3 模拟智能生命技术的研究

为了能够提升行为的真实感，运用认知构模方式来描述虚拟生物的神经系统与形体，运用人工智能的规划、推理、知识表示等虚拟技术来对生物活动进行控制，这样能够促进其行为真实感的更好提升。传统的人工智能技术不能够对虚拟环境实时性要求进行更好地满足，而要想增强其应用的实时性，必须要改造其实时搜索的算法，并运用栈结构来对其动作进行存储，实时评价其规划的动作，从而促进虚拟环境要求得到更好满足。

2.4 实时绘制图形技术的研究

实时绘制图形技术有很多种，为了能够提升系统的时性真实感，运用多类实时绘制图形技术是非常必要的，其能够判断可见性，对于看不见的对象尽可能不去绘制，对于重要性不强的图形对象尽量运用简化模型来挥之，或者运用纹理来表示远处的对象。当前，随着科技的进步，硬件纹理映射操作的程度也在不断加深，很多机器都可以实现其操作性能。但是如果纹理图像过大，反复、频繁的倒进倒出纹理缓冲区，会对其操作速度产生严重的影响。因此，我们通常会将纹理图像按照亮度信息与彩色信息进行区分。先粗略的采样亮度信息和彩色信息，然后再将二者进行合并，这样能够形成不同层次、不同细节的纹理图像，再结合具体需要来进行分辨率图像的選择，促进其速度得到大大的提升。

2.5 智能人机交互技术研究

虚拟环境技术的发展涵盖着输入技术、跟踪技术、先进的显示技术、三维图形技术、虚拟声音合成技术以及触觉反馈技术等等，其目的是为了给用户提供一种更加高效、自然的人机交互模式。随着现代科技的快速发展，虚拟环境技术推动了传统桌面人机交互技术与理论的改变，使得人们能够非常自然的在虚拟环境中交互信息。但是由于受到软硬件条件的约束和限制，人机自然、和谐的交互还没有真正实现。为了能够解决这一问题，从人的需求以及认知特性出发，提出更为恰当与合适的认知与用户模型，结合每个行为通道、特殊感知通道的特点以及用户模型来提出更多更具针对性的交互方法，然后再结合不同种类的交互任务来整合输入通道，这样就能够实现和谐、自然、高效地和虚拟环境展开实时性的交互。

2.6 推理及知识表示技术研究

在虚拟仿真环境中，为了能够抽象的表示环境，对虚拟世界以及对象演变过程进行更高级别的描述，运用虚拟仿真环境中的推理技术和知识表示技术，能够实现和满足这一要求。与此同时，在虚拟仿真技术与用户进行交互时，不能局限地直接操纵虚拟仿真环境中的操作对象，必须要开展更高级别的交互，如自然语言的交互等等。智能虚拟环境技术要解释用户输入通道，必须要将用户端的输入翻译成高级的抽象表示以及虚拟环境中的动态变化翻译成抽象表示，从而发挥出智能虚拟方针技术的应用作用与价值。

3 建模虚拟环境的研究

在进行建模虚拟环境的研究过程中，主要针对行为建模与认知建模这两大方向来展开研究。在研究行为建模时，主要是对于真实实体对象的行为模型尽可能的搜索和实现，按照行为建模模型，人们能够对行为上真实的虚拟实体进行更好地构造，从而奠定了虚拟环境中行为模式的基础和前提。而在构建虚拟环境行为模型时，要想将虚拟实体的动态性更好、更真实的反映出来，并将其行为特征以及物理特性更好地展示出来，必须要进行虚拟环境的行为建模工作，这样对于智能虚拟环境技术的研究与开发非常有利。而认知建模研究的内容主要是对人类学习、计划、推力等问题的展开研究，对于Agent是否在一个虚拟环境中并不予考虑，这与其他环境或者情况下的职能Agent所面对的问题都是相同的，也可以将这些问题和依据看成是所有研究的基础和前提。而在研究人工智能与虚拟环境结合技术时，研究的核心就是Agent方法，其也是人工智能领域中不可覆盖和湮没的内容。在很早以前，对于agent的研究就已经开始，且非常积极和活跃，当时就已经开过很多次会议来进行agent的研究，组建了多个专家组或者技术组专门研究agent。但是以往的agent研究与现在的agent研究并不相同，以前的agent研究比较表面化，与智能虚拟环境技术缺乏有效的联系和结合。而在本文中，agent的研究主要是一种智能虚拟环境技术或者方法，其包括虚拟的人、虚拟的演员、虚拟的agent、虚拟的场景、虚拟的物品以及用户在虚拟环境中的化身等等。通过对当前agent技术的研究与应用，能够促进虚拟仿真技术得到更好应用，并促进人工智能技术与人工智能水平的更好发展与提升[3]。

4 结语

综上所述，在研究基于人工智能技术的虚拟仿真技术时，针对人工智能与虚拟环境的技术的研究是非常有必要的。由于智能的虚拟环境仿真技术涉及到的内容和学科比较多和繁杂，如认知科学、计算机动画学、机器人学、仿真学、人工生命学或者人工智能学科、计算机图形学等等，这些都是研究智能虚拟环境仿真技术中不可或缺的重要内容和技术。随着智能虚拟环境技术的不断发展，具有生命特征、支持多个参加者以及具有高度行为真实感的智能虚拟世界逐渐会以多样化的形式面世，并对世界进行重要改变，推动世界科技向前发展。

参考文献：

[1]杨静宜.人工智能在虚拟技术领域发展研究[J].数码世界.2017，（12）.590.

[2]徐英瑾.虚拟现实：比人工智能更深层次的纠结[J].人民论坛·学术前沿，2016，（24）.6-26.

[3]顾亚婷.虚拟仿真技术在运动生理学实验中的应用探析[J].当代体育科技.2018，（34）.42-43.