基于人工智能的虚拟仿真技术的探讨与分析

何金金,方 平,王玉芬

(济宁职业技术学院 山东 济宁 272037)

0 引言

人工智能技术的高速发展和渗透极大程度地改变了人们的生活、工作方式,而虚拟仿真技术作为人工智能技术的科技延伸,其被广泛应用军事、航天、医疗、教育、旅游、影视、地产等多个领域中进行模拟数据采集,以及虚拟情景搭建,全面促进了我国科技高新技术的不断创新。基于此,应充分掌握人工智能虚拟仿真技术的应用要点,结合不同领域的科技需求制定可行性的人工智能虚拟仿真技术应用方案,保证人工智能虚拟仿真技术应用的仿真性能及可靠性,为实现智能化技术的长效发展奠定良好基础。

1 基于人工智能虚拟仿真技术应用类型的分析

1.1 虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是人工智能及人工生命技术和虚拟环境技术相融合的现代化综合性技术。在虚拟仿真环境中,需要根据生命对象和指定用户的各项特点拟定智能代理,即:依照现实世界的场景、人物动态等特征予以虚拟化,以此实现虚拟仿真的目的。另外,虚拟仿真技术类属交叉性技术,其涉及了人工智能、人工生命、虚拟环境以及计算机图形和机器人等多种专业模型,且大多场景均采用了三维立体技术,立足于虚拟环境角度来说,灵活应用可见性裁剪技术、几何简化技术及纹理技术等对复杂的三维场景予以精细化绘制[1]。在此基础上,还可从构造模型视角出发利用图像造型技术进行场景仿真,充分发挥出虚拟环境工具及技术的效用价值,构建完整的智能虚拟环境(intelligent virtual environments,IVE)。而常见的虚拟仿真技术包含了人体动画技术、环境中的Avatar、智能Agent技术、虚拟生物建模和智能生命模拟技术等,在具体应用中可根据虚拟仿真需求灵活采用相应技术,以此保证虚拟仿真技术的适应性,同时也可采取组合式技术强化虚拟仿真技术的综合性及高效性,提高虚拟仿真技术的应用水平。

1.2 人工智能

人工智能又称AI,其主要用于效仿、拓展和扩大人类智能方式、技能、理论知识而予以开发和应用的高新技术,通常以人工制造、生产的智能化机器为主,借助电子信息技术、结合计算机程序完成相应的人工指令,进而实现智能化操作任务。在我国制造业和科学技术深入发展融合的情况,人工智能行业的经济发展已经成为产业政策、资金投入的主导方向。人工智能技术在应用过程中需要依托计算机系统,其类属智能化计算机系统中的分支,在对智能本质进行全面了解的基础上,可进行系统重构并构建全新的可同人类智能做出相似反应的智能化设备,进而满足高品质生产、生活需求[2]。据了解,该领域中主要包含了人工智能机器人、智能化语音识别系统、图像智能化识别系统以及自然语音处理系统和专家系统等。

1.3 人工智能结合虚拟仿真技术

在人工智能同虚拟仿真技术有机结合的背景下,可实现智能虚拟环境的构成,其涵盖了虚拟环境和人工智能等两项专业技术。受此环境的影响,针对赋予生命的事物可用智能代理(intelligent agent)表示;而虚拟仿真技术的同样可以采用智能代理对用户化身,即Avatar予以表示。据了解,智能虚拟环境(IVE)具有一定的多样性和综合性,其涉及范围较广,通常包含了虚拟环境涉及课程、人工生命钻研课程、技术仿真课程和计算机绘图课程、机器人制作课程等,为满足现代化高标准的虚拟环境仿真效果,则需加强人工智能及虚拟仿真的有机结合,充分利用整合优势提高高新技术的有效应用,促进我国科技的稳定发展[3]。

2 人工智能视域下虚拟仿真技术的应用特点

2.1 模糊信息的处理效率得以提升

模糊信息主要是因模糊现象而产生的非定量、不精准的数据信息,部分模糊信息通过一定的处理后可转化为准确数据。在虚拟仿真场景中大量的模糊信息会影响技术人员对场景信息的准确判断,进而会降低场景仿真效果,并且在虚拟仿真技术应用过程中极易受到不稳定因素的影响,无法对大量的模糊信息进行精准处理。然而,将人工智能技术融入到虚拟仿真技术中可有效弥补两者不足,促使两者以相辅相成的操作方式对相应的模糊数据进行处理,在充分发挥两者技术整合优势的基础上实现对未知问题的有效处理,进一步提高模糊信息的处理精度,强化虚拟仿真技术的可靠性,保障虚拟仿真场景的最终效果。

2.2 提高大量数据处理能力

依照用户要求开展虚拟仿真工作时,需要对不同数据进行综合分析,但现阶段各项数据信息逐渐增多、数据形式愈发复杂、数据内容呈现多样化。为全面提升虚拟仿真技术的应用效率,可根据不同场景的仿真特点和用户需求选择相应合适的人工智能技术,进而依照虚拟仿真的具体流程对复杂且丰富的数据信息予以计算、处理,在此过程中可按照不同层次、不同领域的数据信息实施针对性处理工作。在虚拟仿真技术应用过程中将人工智能技术及其系统融入其中可充分利用信息化技术的计算功能和人工智能的智能化技术对多样化的复杂数据以及高、低层次的数据信息展开精密的处理工作,深入挖掘潜在的可用数据,充分发挥出人工智能技术的高效化水平,提升虚拟仿真技术的数据处理能力,实现工作效率的提升。

2.3 实现场景模拟的数字化转变

在虚拟仿真技术应用过程中需要对不同数据予以实时传输,由此才能保证各类场景仿真的时效性及真实性,而数字信号便是数据传输中的主要介质,在虚拟仿真技术和人工智能技术的高效应用下,为数字化信息的传输提供快捷通道,如此一来不仅能降低传输成本、缩减传输时长,还能大幅度提升数字化信息传输的精确性和时效性,为虚拟仿真技术的应用提供了更加可靠的行动指令。另外,在人工智能技术的支持下还可创建网络传输平台,利用人工智能技术的存储功能可对大量数据信息进行相应存储,对场景进行虚拟仿真时可根据具体情况对不同数据予以调取,以便满足不同用户的差异化要求,提高人工智能及虚拟仿真技术的服务水平,充分发挥统一调取不同区域数据的功能性价值,为技术人员及用户提供可实时查看和获取的服务,对人工智能和虚拟仿真技术的长效发展起到了促进作用。

3 人工智能虚拟仿真技术的应用要点

在对人工智能虚拟仿真体系进行综合分析时发现,智能虚拟环境系统是由生命特征对象构成的虚拟场景,其均有着一定的智能性和交互性,为了加强人工智能和虚拟仿真技术的融合深度,应深入探索智能虚拟仿真体系的关键技术和应用要点,充分掌握各项智能化技术的有效应用[4]。下面针对人工智能虚拟仿真的关键技术及其要点进行简要分析。

3.1 对象构模技术要点

基于人工智能技术对虚拟仿真技术进行深入研究时,应注意强调虚拟场景对象绘制的真实性和逼真性。在具体构建过程中要充分考虑不同场景中对象的构建特征,根据虚拟仿真要求采取相应合适的构建方法,选择不同形式的物理模型,通常情况下为保证对象物理模型构建的真实性,可优先选用交互式图像构建技术实施具体操作,结合计算机技术对虚拟物体的细节纹理和形象等予以合理抽取并调整,进而了解对象构建标准,保证虚拟对象构建的真实性,确保最终的虚拟仿真效果能达到虚拟对象的构建标准,促进对象构模技术专业水平的提升。

3.2 人体动画技术要点

人体动画技术是人工智能虚拟仿真体系中的重要技术内容。为满足不同人体动画的仿真要求,技术人员可根据仿真目标构建足够庞大的人体姿势库,但在实际应用过程中应注意由于其缺乏一定的灵动性,且人体动作组合方式较为复杂多变,因此仅依靠人体姿势库对人体各类姿势进行虚拟仿真较为困难。对此,在对人体姿势组合特点、人体行动特点及人体动画技术应用方式进行综合分析后可立足于动力学、运动学角度出发依照人体行动规律开展机器人学和人体学的研究,在充分做好初期准备工作后对高阶人体动画规律予以确定,参考前期收集到的相关数据对人体动画予以精准控制,进而满足人体行为动画的虚拟仿真要求,以期呈现出更加真实的仿真效果。

3.3 智能生命模拟技术要点

智能生命模拟技术可极大程度地提高仿真行动的真实感,采取认知构模方式对虚拟生物的神经系统和形体进行描述,借助人工智能的规划、推理和知识表示等虚拟技术实现对生物活动的有效控制,进而提高其行为真实感,强化虚拟仿真的专业化水平。据了解,传统的人工智能技术无法对虚拟场景中的各生命的行为动态进行实时控制,无法满足虚拟环境的时效性需求,因此依托现代人工智能技术对虚拟场景进行仿真模拟时应加强人工智能及虚拟仿真技术应用的实时性,根据现代化人工智能的应用标准对实时搜索算法予以优化调整,积极采用栈结构对相关动作进行有效存储,并在虚拟仿真过程中对智能生命的模拟效果和行为动态进行实时评价,保证各项虚拟仿真动作的效果,确保能达到高水平虚拟环境的仿真要求[5]。

3.4 智能人机交互技术要点

在我国科技水平不断提升的新时期背景下,虚拟仿真技术中涉及了多项专业技术,其中包含了跟踪技术、输入技术、先进显示技术、三维图形技术、触觉反馈技术以及虚拟声音合成技术等,在虚拟仿真场景中可根据用户要求借助技术整合优势以更加高效、自然的人机交互模式提高虚拟仿真效果,加之现代人工智能技术的应用优势促进了人机交互技术与理论的融合深度,使得虚拟环境中交互信息更加自然。以往,在构建虚拟环境时受到软硬件的约束,人机和谐交互效果并不理想,为有效解决此问题,可基于用户需求和认知特性确定更加符合用户认知的模型,依照各行为通道、特殊感知通道的综合性特点及合适的用户模型制定精细化、针对性的交互方法,同时根据不同类型的交互任务对输入通道予以整合,由此满足虚拟环境中开展实时性的和谐交互行为。

3.5 实时绘制图形技术要点

运用实时绘制图形技术有利于提高虚拟仿真系统的实时真实感,而多类实时绘制图形技术能够对可见性、不可见性的对象进行合理判断,进而确定其是否可以开展绘制工作,针对没有特殊要求的图形对象可优先选用简化模型进行仿真,又或采用纹理表示远距离对象。现阶段,硬件纹理的映射操作难度不断提升,当纹理图像较大且频繁进出纹理缓冲区时,便会进一步增加对其操作速度的影响。因此,在虚拟仿真环节技术人员可依照亮度信息、色彩基础对纹理图像进行准确区分,在确定图像采样数据和彩色数据的前提下,将两者予以有效整合,以此形成不同层次、不同细节的纹理图像,最后根据仿真要求对图像分辨率进行适应性选择,借助实时绘制图形技术提高虚拟仿真系统的构建效率[6]。

在对图形或图像进行实时绘制时可利用人工智能配合计算机设备对仿真图像进行全面分析,精准识别不同形式图像或目标,获取最终数据。此项技术主要基于人类对图像的识别过程中,通过提取图像中突出性特征对相应数据进行识别和整合,然后将识别出的数据信息整理为相对完整的知觉影响,进而完成目标识别和虚拟仿真的任务。在仿真过程中要依照图形或图像中突出特征及特征属性在分类仿真模块中对其进行判定,依照最终的特征信息予以精准仿真,强化虚拟仿真的可靠性和精细化程度,保证不同图形、图像仿真的真实性。

3.6 推理及知识表示技术要点

抽象化环境形式是虚拟仿真环境中的重要组成部分,在虚拟对象演变过程中利用推理及知识表示技术可对其予以更高级别的描述。当采用虚拟仿真技术对用户进行交互时,可突破操纵虚拟仿真环境中操作对象的限制,及时进行高级别的自然语言交互等动作。在此环节,对于用户输入通道来说,可应用智能虚拟环境技术对用户端的输入通道以更高级别的抽象化方式予以表示,同时还可将虚拟环境中的动态变化以抽象化形式表示,以此发挥智能虚拟仿真技术的效用价值[7]。

4 人工智能与虚拟仿真技术的综合应用

为强调虚拟世界的真实性和还原度,可将智能虚拟环境视为具有生命特征的对象,并且需要具备一定的智能化特征,能够实现相互交换的要求,同时这个设定对象是要在现实世界存在且能够通过虚拟仿真技术进行虚构的。在综合应用过程中,可通过高级概念层对上层传达的指令进行细致分析,将分析后的结果作为物理表示层中各对象发生的变化,在此基础上,可将物理表示层中各对象发生的变化进行虚拟转换,以此将具有代表意义的知识表示传递至Agent层,实现最终决策目的。

此外,智能虚拟环境模型的建设是由计算机建立图片角色演变而来的,构建初期要保证虚拟对象具备可信的相似事物的外貌特征、具备可信的相似事物的行为。为强调虚拟环境氛围的真实性,可灵活运用计算机技术进行艺术处理,在深入分析各项虚拟数据的基础上对智能虚拟环境进行实时记录,借助智能虚拟决策模块实施针对性仿真技术,优化虚拟环境的细节仿真,完成各环境模块的虚拟仿真需求。

5 结语

人工智能的发明和应用极大程度改善了人们的生活品质,在日常应用中充分体现了人工智能的多元化工作特点,而人工智能和虚拟仿真技术的有效融合有着相辅相成、相互促进的作用,人工智能技术可为虚拟仿真技术的应用和发展提供更多途径。人工智能技术作为虚拟仿真技术高效发展的基础保障,可实现全面优化虚拟仿真体系结构的目标,在对大量虚拟仿真数据进行集中化高效处理的同时还可提高虚拟仿真技术的应用效率,强化仿真对象的真实性,促进具有生命特征、赋有高度行为真实感的智能化虚拟场景以多样化、多元化形式呈现,通过整合人工智能及虚拟仿真技术的综合优势为更多用户提供更加优质的智能化服务,不断完善传统科技的不足,促进人工智能及虚拟仿真技术的协同发展。