本書結合國內外虛擬現實技術的發展潮流，結合作者以往的研究基礎，論述了建立智能體的理論、方法和實現技術，書中內容反應了國際上虛擬現實現實和人工智能交叉領域的研究現狀，對于深入開發虛擬現實系統具有很大的參考價值，也可用于研究生或者高年級本科生的選修課教材。
前言
近年來，人工智能和虛擬現實技術受到學術界和產業界的廣泛關注，人們已經開始運用人工智能技術來描述虛擬現實系統中具有自主行為的對象，虛擬智能體是虛擬現實系統中具有感知和行為特征的圖形實體。虛擬智能體的理論和方法發展迅速，目前已成功應用于電子教育、數字娛樂、軍事仿真、醫療等領域。
本書主要結合作者在虛擬智能體方面的部分研究工作，重點介紹了虛擬智能體的行為和情緒建模，給出了具體的實現案例，期望對推動虛擬現實技術的應用開發有所幫助。全書共5 章，第1 章主要介紹虛擬智能體的概念和技術，第2章介紹虛擬智能體的感知和行為建模，第3章介紹虛擬智能體的情緒模型，第4章介紹虛擬智能體的群體行為建模，第5章介紹虛擬智能體應用案例。本書得到了國家自然科學基金（61373068，60973099）的資助，在此表示衷心的感謝。
本書可以作為計算機科學技術、自動化和其他工科專業高年級本科生、研究生的參考書，也可以作為工程技術人員開發虛擬現實系統的參考用書。由于作者水平所限，書中難免存在疏漏和不妥之處，旨在拋磚引玉，望請專家學者和廣大讀者不吝賜教。
著 者
2017 年12月
劉箴，研究員，中國人工智能學會、中國圖象圖形學學會和中國計算機學會會員。1996年畢業于哈爾濱工業大學，獲工學博士學位。先后在哈爾濱工業大學航天學院和浙江大學CAD&CG國家重點實驗室從事博士后研究工作，曾參加國防預研、國防重點實驗室基金和國家自然基金等項目的研究工作。2003年從浙江大學調動至寧波大學，目前主要從事人工智能和虛擬現實方向的教學和科研工作，主持和承擔多項國家和省部級科研項目，在國內外期刊發表多篇學術論文。
第1章 虛擬智能體概述 1
1．1 虛擬現實技術發展趨勢 1
1．2 虛擬智能體概念的提出 2
1．3 國際國內研究狀況和進展 4
1．4 虛擬智能體認知模型 8
1．4．1 認知模型概述 8
1．4．2 具有社會性的認知結構設計 9
1．4．3 本書提出的虛擬智能體的認知結構 10
1．5 虛擬智能體的可信性 12
1．5．1 虛擬智能體的感知可信性 13
1．5．2 虛擬智能體的情緒可信性 15
1．6 本章小結 17
參考文獻 18
第2章 虛擬智能體的感知和行為建模 21
2．1 虛擬智能體的感知概述 21
2．2 虛擬智能體的視覺感知建模 22
2．2．1 虛擬視覺 22
2．2．2 基于場景語義的視覺感知 24
2．2．3 可見性測試 25
2．2．4 視覺注意機制 26
2．3 虛擬智能體視覺范圍動態調節方法 27
2．3．1 視覺感知簡化描述 27
2．3．2 Q 學習概述 28
2．3．3 基于Q 學習的感知模塊自適應 29
2．3．4 實驗 31
2．4 虛擬智能體的運動路徑規劃 33
2．4．1 運動路徑規劃模型 33
2．4．2 運動路徑規劃實驗 36
2．5 虛擬智能體的行為建模 39
2．5．1 行為規劃 39
2．5．2 行為描述 40
2．5．3 動機和行為 43
2．6 本章小結 46
參考文獻 46
第3章 虛擬智能體情緒模型 48
3．1 虛擬智能情緒模型概述 48
3．1．1 情緒概述 48
3．1．2 情緒模型研究綜述 48
3．2 情緒認知評價模型 50
3．2．1 OCC模型 50
3．2．2 EMA 模型 52
3．2．3 CogAff 模型 56
3．2．4 基于社會心理學框架下的認知模型 57
3．2．5 情緒的數學描述 58
3．3 基于推理規則的情緒模型 60
3．3．1 虛擬智能體認知結構的設計 60
3．3．2 情緒推理規則的構建 63
3．3．3 實驗原型 66
3．4 虛擬智能體的情緒決策模型 70
3．4．1 情緒、個性和動機的描述 70
3．4．2 情緒決策算子的構建 71
3．4．3 實驗原型 76
3．5 人―機交互中的虛擬智能體情緒設計 82
3．5．1 人―機交互的虛擬智能體設計 82
3．5．2 情緒交互規則的設計 83
3．5．3 人―機交互中虛擬智能體不確定信息處理 84
3．5．4 實驗原型 86
3．6 本章小結 88
參考文獻 88
第4章 虛擬智能體群體行為建模 93
4．1 虛擬智能體群體行為建模概述 93
4．2 人群行為模擬相關概念 95
4．2．1 虛擬智能體的感知 95
4．2．2 人群碰撞檢測方法 95
4．2．3 虛擬智能體的個性 100
4．2．4 虛擬智能體的群體行為 101
4．3 考慮個性參數的人群逃生行為仿真模型 103
4．3．1 人群個性對逃生的影響分析 103
4．3．2 人群個體的碰撞檢測 105
4．3．3 實驗結果分析 106
4．4 基于虛擬智能體的群體對抗仿真模型 108
4．4．1 群體對抗仿真設計 108
4．4．2 虛擬智能體的情緒決策 111
4．4．3 仿真實驗 112
4．4．4 實驗分析 114
4．5 情緒驅動的人群跟隨運動仿真 114
4．5．1 人群情緒和運動模型 114
4．5．2 人群跟隨運動實驗分析 117
4．6 人群擁擠事件中的情緒感染仿真模型研究 119
4．6．1 人群擁擠和情緒感染 119
4．6．2 人群情緒感染模型 120
4．6．3 人群情緒感染假設 121
4．6．4 人群避碰和跌落行為 124
4．6．5 人群情緒感染實驗 125
4．6．6 實驗討論 135
4．7 本章小結 136
參考文獻 137
第5章 虛擬智能體的應用案例 140
5．1 虛擬智能體應用開發概述 140
5．1．1 智能體的開發需要求分析 140
5．1．2 虛擬智能體計算模型的設計 142
5．2 虛擬智能體在康復領域的應用 145
5．3 虛擬智能體在體感康復訓練中的構想 146
5．3．1 體感康復游戲技術現狀 146
5．3．2 虛擬智能體在康復訓練中的構想 148
5．4 人體動作和表情的信息采集 148
5．4．1 光學的動作捕獲設備介紹 148
5．4．2 表情采集設備 150
5．5 Unity 開發環境下的編程概述 151
5．6 康復訓練虛擬現實系統設計 154
5．6．1 虛擬康復訓練虛擬現實系統概述 154
5．6．2 虛擬智能體的設計 155
5．6．3 體感交互設計 157
5．6．4 虛擬乒乓球運動的控制 159
5．6．5 實驗結果分析 160
5．7 本章小結 162
參考文獻 162
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