基于命令—個(gè)性的虛擬士兵情緒計(jì)算模型研究

楊 侃，鞏青歌，王丹青

(武警工程大學(xué)信息工程系，陜西西安 710086)

情緒是影響虛擬士兵執(zhí)行命令效果的一個(gè)重要因素，而情緒計(jì)算是描述這一影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要做好情感計(jì)算，對(duì)虛擬士兵情感計(jì)算的模型研究是前提條件。當(dāng)前，對(duì)虛擬人情感計(jì)算的研究較多，早在20世紀(jì)末Unuma等人曾經(jīng)就利用傅里葉函數(shù)驅(qū)動(dòng)虛擬人情緒化的運(yùn)動(dòng)［1］，Rose等人利用插值方法實(shí)現(xiàn)虛擬人的喜怒哀樂(lè)的變化［2］。近年來(lái)，寧波大學(xué)劉箴提出了一種基于心理學(xué)的智能虛擬人動(dòng)機(jī)模型［3］。趙積春結(jié)合情緒三維模型對(duì)情緒計(jì)算進(jìn)行了研究，提出了一種個(gè)性與OCC模型相結(jié)合的情感計(jì)算模型［4］。浙江大學(xué)向南結(jié)合智能虛擬環(huán)境對(duì)虛擬人情感仿真進(jìn)行了研究［5］。文獻(xiàn)［6］進(jìn)行了虛擬人面部表情的描述和評(píng)估。李木軍在基于情感計(jì)算和Q－learning的Agent自主追逐行為過(guò)程上進(jìn)行了深入的研究［7］。

在武警部隊(duì)虛擬士兵的情感計(jì)算與一般的情緒計(jì)算不同，其需要加入命令影響和較為復(fù)雜的個(gè)性分析才能得出適合虛擬士兵情緒計(jì)算模型。本文首先分析命令在執(zhí)行過(guò)程中它所包含的特征，并將不同的命令其進(jìn)行特征的提取和分析，定義出參數(shù)化描述的可計(jì)算的命令屬性，其次結(jié)合心理學(xué)對(duì)個(gè)性以及情緒的定義，通過(guò)現(xiàn)實(shí)中不同個(gè)性的人在不同命令執(zhí)行時(shí)的情緒表現(xiàn)，定義出個(gè)性屬性，最終建立虛擬士兵情緒計(jì)算模型。

1 命令的基本概念

命令指的是:軍隊(duì)首長(zhǎng)或領(lǐng)導(dǎo)對(duì)所屬部隊(duì)、機(jī)關(guān)下達(dá)規(guī)定性任務(wù)或公布重要決定的軍事行為［8］。命令是士兵進(jìn)行行為的直接引導(dǎo)條件，而行為的執(zhí)行效果受情緒狀態(tài)影響，因此其屬性的不同對(duì)士兵情緒計(jì)算起到關(guān)鍵作用。在現(xiàn)實(shí)的命令中，命令包含的內(nèi)容，以及命令所要達(dá)到的期望值，以及完成命令所處的外部環(huán)境如何都會(huì)影響到士兵情緒的變化。假設(shè)士兵A比較擅長(zhǎng)射擊，不擅長(zhǎng)跑步，對(duì)待不同的任務(wù)他的情緒變化具體對(duì)比如表1所示。

表1 不同命令下的情緒表現(xiàn)

通過(guò)上述對(duì)比，分析如下:命令1和命令2對(duì)比，可知，雖然任務(wù)的內(nèi)容相同，但是任務(wù)的重要性不同，且目標(biāo)與環(huán)境也不同，因此其表現(xiàn)出來(lái)的情緒狀態(tài)也不同;命令1和命令3相比，重要性程度相同，但任務(wù)內(nèi)容不同，由于其擅長(zhǎng)的項(xiàng)目不同導(dǎo)致他的情緒狀態(tài)不同;命令3與命令4，在面對(duì)他所不擅長(zhǎng)的內(nèi)容的任務(wù)時(shí)，由于重要性命令4大于命令3，因此命令3他的情緒狀態(tài)是焦慮緊張的而命令4他的情緒狀態(tài)時(shí)緊張激動(dòng)的。

結(jié)合上述特征，將命令定義如下:

定義1 命令(Order)屬性包括，任務(wù)(Assignment)、目標(biāo)(Goal)、環(huán)境(Circumstances)，其中:“任務(wù)”指的是:任務(wù)的主題(Theme)以及在社會(huì)中此任務(wù)的重要性等級(jí)(Importance)，并將任務(wù)的主題分為技能型(Skill)、體能型(Physical)、智謀型(Resourcefulness)3個(gè)分量，“目標(biāo)”指完成任務(wù)的期望值，“環(huán)境”指外界環(huán)境對(duì)完成任務(wù)的有利度。

因此，要對(duì)虛擬士兵進(jìn)行情緒計(jì)算，對(duì)于命令屬性的引入是必要的，也是情緒計(jì)算模型中關(guān)鍵組成部分。

2 個(gè)性的基本特征

心理學(xué)中，將個(gè)性定義為個(gè)性是由個(gè)性傾向性和個(gè)性心理特征構(gòu)成的，其中，個(gè)性傾向性包括:需求、動(dòng)機(jī)、興趣、理想、信念、世界觀;個(gè)性心理特征包括:能力、氣質(zhì)、性格。不同的士兵具有不同的個(gè)性特征，因此不同的士兵在面對(duì)不同的任務(wù)時(shí)他所表現(xiàn)出來(lái)的情緒狀態(tài)也不同，假設(shè)士兵A、B、C、D的理想、信念、世界觀相同，但對(duì)事物的需求、動(dòng)機(jī)、興趣不同，且個(gè)性心理特征不同。以表1中的命令1和2為例分析，不同士兵的個(gè)性特征情緒反應(yīng)具體如表2所示。

表2 具體命令下不同個(gè)性的情緒反應(yīng)

表2中，士兵A與士兵B(niǎo)，氣質(zhì)類(lèi)型相同，但熱情度與能力值以及性格的不同，因而表現(xiàn)出的情緒狀態(tài)不同，士兵A與士兵C，熱情度、性格相同，但由于能力，氣質(zhì)的不同，因而情緒狀態(tài)不同;士兵A與士兵D，士兵B(niǎo)與士兵C，能力相同，但由于熱情度，氣質(zhì)和性格的不同，情緒狀態(tài)不同;對(duì)于單個(gè)士兵來(lái)說(shuō)，由于命令的不同，情緒狀態(tài)表現(xiàn)的也不同。

由上述分析將個(gè)性定義如下:

定義2 虛擬士兵具有個(gè)性(Personality)，且個(gè)性由個(gè)性傾向性和個(gè)性心理特征構(gòu)成，其中個(gè)性傾向性由需求(Demand)、動(dòng)機(jī)(Motivation)、興趣(Interest)、理想(Ideal)、信念(Belief)、世界觀(World View)組成;個(gè)性心理特征由能力(Ability)、氣質(zhì)(Temperament)、性格(Character)組成。其中:在個(gè)性傾向性中將需求、動(dòng)機(jī)、興趣分別特定為對(duì)任務(wù)的能力提升需求、對(duì)任務(wù)的執(zhí)行動(dòng)機(jī)，以及對(duì)任務(wù)的興趣程度，并將其統(tǒng)一概括為對(duì)任務(wù)的熱情度(Passion)，量化取值范圍［0，1］;將理想、信念、世界觀看作是每個(gè)虛擬士兵的較為固定的屬性，并將其統(tǒng)一概括為行為選擇的價(jià)值判斷條件(The Condition of Behavior Choice'S Value Judgment)，簡(jiǎn)稱價(jià)值判斷(VJ)，其較為穩(wěn)定不易發(fā)生變化，量化取值范圍［0，1］。在個(gè)性心理特征中將能力特指為對(duì)完成任務(wù)的執(zhí)行能力，將氣質(zhì)類(lèi)型定義為:{膽汁質(zhì)、多血質(zhì)、粘液質(zhì)、抑郁質(zhì)}，將性格類(lèi)型按照知、情、意在性格中的優(yōu)勢(shì)程度將其分為:{理智型、情緒型、意志型}。個(gè)性的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 個(gè)性層次結(jié)構(gòu)及其比例系數(shù)

因此，在虛擬士兵的情緒計(jì)算中，個(gè)性起到的影響是不可忽視的，它將影響虛擬士兵的情緒變化和行為選擇。

3 基于命令—個(gè)性的情緒計(jì)算模型

在士兵面對(duì)一項(xiàng)具體的命令時(shí)，每名士兵對(duì)命令都有不同的認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)取決于士兵自身具備的個(gè)性特征和當(dāng)時(shí)的情緒狀態(tài)，同時(shí)情緒狀態(tài)也會(huì)受到命令的影響而發(fā)生變化，因此在認(rèn)識(shí)的多樣性和情感的復(fù)雜性下，士兵行為選擇和命令的執(zhí)行效果也不盡相同。是需要通過(guò)命令與個(gè)性的參數(shù)化計(jì)算后得出具體情緒變化的。這就需要進(jìn)行命令的參數(shù)化描述和個(gè)性的參數(shù)化描述。

3.1 命令屬性的參數(shù)化描述

按照定義1中的描述，將命令進(jìn)行參數(shù)化描述為向量描述為:命令0=(A G C);其中，A代表任務(wù)的主題分量與重要性等級(jí)，它的各個(gè)分量的取值范圍均為［0，1］，后兩個(gè)分量G，C表示目標(biāo)以及環(huán)境，將它們歸一化處理后的取值范圍為G，C∈［0，1］。為描述更加清晰，以武警部隊(duì)命令中的典型任務(wù)為例，結(jié)合其在現(xiàn)實(shí)中對(duì)社會(huì)影響的重要性不同以及在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中對(duì)主題分量的要求高低不同將其參數(shù)化后如表3所示。

表3 幾種典型任務(wù)的主題分量與對(duì)贏得重要性等級(jí)

其中，在主題分量中分量對(duì)應(yīng)數(shù)值的高低表示該任務(wù)對(duì)該分量的要求的高低，重要性等級(jí)的大小表示該任務(wù)對(duì)社會(huì)影響的大小以及重要性的高低，數(shù)值越大表示要求越高，重要性越大，數(shù)值越低表示要求越低，重要性越小。

3.2 個(gè)性屬性的參數(shù)化描述

3.2.1 個(gè)性的向量表示

由定義2將士兵的個(gè)性參數(shù)化定義為

其中，P 表示士兵的個(gè)性 VJ、Pa、Ab、Te、Ch分別表示價(jià)值判斷向量、熱情度向量、能力、氣質(zhì)、性格。又有

其中，Id、Be、WV分別表示理想、信念、世界觀;De、Mo、In分別表示需求、動(dòng)機(jī)和興趣。

3.2.2 氣質(zhì)屬性描述

將氣質(zhì)屬性中影響情緒變化的屬性提取出來(lái)，定義為反應(yīng)度 Adaptability，它包括環(huán)境反應(yīng)度 CA(Circumstances Adaptability)和情緒反應(yīng)度 EA(Emotion Adaptability)，在心理學(xué)中各種氣質(zhì)類(lèi)型對(duì)外界環(huán)境以及自身情緒狀態(tài)的反應(yīng)程度不同，結(jié)合具體表現(xiàn)特征，將其參數(shù)化描述后得出對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，如表4所示。

表4 不同氣質(zhì)類(lèi)型對(duì)應(yīng)的反應(yīng)度參數(shù)表

其中環(huán)境反應(yīng)度表示對(duì)于環(huán)境刺激的情緒的反應(yīng)快慢以及處理問(wèn)題的靈活性程度，值越大則表示情緒反應(yīng)越快，處理問(wèn)題的靈活性越強(qiáng)，越能合理的做出判斷，情緒反應(yīng)度表示情緒狀況對(duì)下一時(shí)刻情緒狀況的影響程度，值越大表示影響程度越大。

3.3 命令—個(gè)性情緒計(jì)算模型

命令與個(gè)性對(duì)情緒的影響主要體現(xiàn)在刺激作用，即在命令與個(gè)性的共同刺激下，情緒才會(huì)發(fā)生變化，體現(xiàn)在情緒的計(jì)算上，就是指命令與個(gè)性共同作用產(chǎn)生一個(gè)情緒刺激因子，通過(guò)刺激因子的刺激來(lái)影響情緒的變化。因此基于命令的虛擬士兵情緒計(jì)算模型就是制定相應(yīng)的命令個(gè)性匹配規(guī)則來(lái)計(jì)算情緒刺激因子，利用情緒刺激因子來(lái)表現(xiàn)他對(duì)情緒的影響。

具體規(guī)則用模糊If－Then機(jī)制描述如圖2所示。

圖2 機(jī)制描述

3.4 模型驗(yàn)證

假設(shè)命令1為執(zhí)行射擊訓(xùn)練，它的任務(wù)主題分量為(0.8 0.2 0.1)，重要性等級(jí)I=0.2;命令2為反劫持中的狙擊任務(wù)，它的任務(wù)主題分量為(0.9 0.4 0.8)，重要性等級(jí)I=0.7。由上述模型計(jì)算可知:虛擬士兵A在執(zhí)行命令1時(shí)的情緒刺激因子α=(0.062 50.102 5 0.24)，執(zhí)行命令2的情緒刺激因子 α=(－0.215 0.580 0.815)。虛擬士兵B(niǎo)在執(zhí)行命令1時(shí)的情緒刺激因子α=(－0.072 5 －0.012 5 0.26)，執(zhí)行命令2的情緒刺激因子α=(－0.152 5 0.692 5 0.885)。

由上述規(guī)則能夠得出不同個(gè)性的虛擬士兵在受到具體的命令的刺激下，通過(guò)命令個(gè)性匹配，計(jì)算出符合實(shí)際的情緒刺激因子，反映出情緒變化的規(guī)律。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合具體的命令和個(gè)性特征對(duì)命令屬性及個(gè)性屬性的進(jìn)行了參數(shù)化分析，建立了命令—個(gè)性的情緒計(jì)算模型，該模型能夠較好地將虛擬士兵的個(gè)性、命令、情緒結(jié)合起來(lái)，合理地計(jì)算出不同個(gè)性的虛擬士兵在不同命令參數(shù)影響下的情緒變化規(guī)律，適合虛擬士兵的情緒計(jì)算，并為下一步進(jìn)行虛擬士兵在命令—情緒驅(qū)動(dòng)下行為選擇規(guī)律的研究奠定基礎(chǔ)。

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