D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2004.06.050 第26卷第6期 北京科技大学学报 Vol.26 No.6 2004年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2004 智能生命随意性行为模型 艾冬梅”班晓娟)尹怡欣) 曾广平) 1)北京科技大学应用学院，北京1000832)北京科技大学信息工程学院，北京100083 3)清华大学智能技术与系统国家重点实验室，北京100084 摘要将人工生命与人工智能相结合，并应用于计算机动画的研究.在用人工生命方法生 成的计算机动画中，智能生命在虚拟环境中的行为有程序员事先设定好的预定义行为，同时 也有随机出现的随意性行为.以人工鱼为例，建立了智能生命随意性行为的认知模型，并利 用子集搜索等技术提高搜索效率，仿真结果表明，利用认知模型，智能生命可以较好地处理 某些随机事件. 关键词智能生命：人工鱼：随意性行为：预定义行为：认知模型：情景树 分类号TP18 “晓媛的鱼”.是完全自主的动画，动画师 忍的鲨鱼：如果在背景中加一些礁石，那么小“人 只给出一定的初始条件，而人们往往希望在动画 工鱼”可以利用礁石来躲避鲨鱼，这其中涉及随 的执行过程中指导人工动物的行为.本文在“晓 意性行为.随意性的行为不容易控制.为了实现 媛的鱼”的基础上，通过认知建模方法，使计算机 人为控制，采取一种折中方法，即将领域知识和 图形学与人工智能、人工生命相结合，使人工鱼 人的指导赋予人工鱼，使人工鱼主动地向人们希 的行为符合动物逻辑 望它达到的目标发展，可由下式表示： 认知建模方法倒发展了人工智能方法，使它 知识+指导→行为 (1) 适用于创建聪明自主的智能体一具有认知能 其次，动画角色与其所在的虚拟世界是一个复杂 力的自激发的角色，使智能生命一人工鱼的行 的统一体.其中包括角色与环境的关系，角色与 为遵循鱼的自然生理规律 其他角色的关系等，但是，影响人工鱼当前行动 的因素并不是整个虚拟世界.例如，处于饥饿状 1人工鱼认知模型的特点 态而又没有其他外界干扰（如被大鱼追捕）的人 作为计算机动画中的角色，人工鱼的行为有 工鱼当前感兴趣的只是食物.所以，我们认为人 其独特性啊.首先，在计算机动画中，人工动物的 工鱼的认知模型是角色对其虚拟世界的一种内 行为可分为两种：一种是“确定性的”或“预定义 部简化模型. 的”行为.建立预定义行为的认知模型比较简单， 只要将事先定义好的人工鱼所在环境的领域知 2随意性行为模型的设计 识赋予人工鱼系统，人工鱼就可以根据要求采取 某种行动.但另一种行为是“随意性的”，带有随 除了预定义行为外，生活在虚拟海洋世界中 机性.例如，在虚拟海底世界中，饥饿的鲨鱼要吃 的人工鱼经常会遇到一些不确定的情况.对于这 掉小“人工鱼”，小“人工鱼”必须设法逃避，这是 些随意性行为，本文采取的办法是：在人工鱼感 预定义行为.如果没有足够大的障碍物或礁石可 知聚焦器的基础上，加入对动画角色的指导， 以躲避，小“人工鱼”只能尽可能快和远地逃离残 2.1对动画角色的指导 收稿日期2004-02-23艾冬梅女，36岁，高工，硕士 依据随意性行为的选择，无论人工鱼什么时 *国家自然科学基金资助项目(No.60374032,60375038:清华 候选择行动，它都要记得所有它能够作出的其他 大学智能技术与系统国家重点实验室开放课题No.0109) 选择.当人工鱼考虑了某个行动方案后，如果它第 卷 第2 6 期 6 年2 0 04 月 12 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u rn a l o U f n vi e rs tiy o f s e i e e e n a n ’ e d l c h n 0 I 0 g y B e 恤 ji g V b L o26 N . 6 e e D . 2 0 0 4 智能生命随意性行 为模型 艾冬梅 ` , 班 晓娟 ’ ,3) 尹 怡 欣 ” 曾广平 2 , 1)北 京科技 大 学应 用学 院 , 北京 10 00 83 2 )北 京科技大学 信息 工程 学院 , 北京 10 0 0 83 3) 清 华大 学智 能技术 与系 统 国家重 点实 验室 , 北 京 10 0 0 84 摘 要 将 人 工生 命与 人工 智 能相 结合 , 并应 用于 计算 机动 画 的研 究 . 在 用人 工生 命方 法 生 成 的计算 机动 画 中 , 智 能生 命在 虚拟 环境 中的行 为有 程序 员事 先设 定好 的预 定义 行 为 , 同时 也有 随机 出现 的 随意 性行 为 . 以人工鱼 为例 , 建 立 了智 能生 命 随意性 行 为的认 知模 型 , 并 利 用 子集搜 索 等技 术提 高搜 索 效率 . 仿真 结 果表 明 , 利用 认知 模 型 , 智 能生 命可 以较 好地 处 理 某些 随机 事 件 . 关键 词 智能生 命 ; 人 工 鱼 ; 随意性 行 为 : 预 定义 行 为 ; 认知 模 型 ; 情 景树 分 类号 即 18 “ 晓媛 的鱼 ” 「, · ” 是 完 全 自主 的 动画 , 动 画 师 只给 出一定 的初 始 条件 , 而 人们 往 往希 望在 动 画 的执 行 过 程 中指 导 人 工动物 的行 为 . 本文 在 “ 晓 媛 的鱼 ” 的基 础 上 , 通过 认 知建 模方 法 , 使计 算机 图 形学 与 人 工智 能 、 人 工生命 相 结 合 , 使 人 工鱼 的行 为符合动 物 逻 辑 . 认知 建 模方 法 `3 ,发 展 了人 工 智 能方 法 , 使 它 适用 于 创 建聪 明 自主 的智 能体— 具 有 认 知 能 力 的 自激发 的角 色 , 使 智 能生 命 — 人 工鱼 的行 为遵 循 鱼 的 自然 生 理规 律 “ , , 1 人工 鱼 认 知模型 的特 点 作 为计 算 机 动 画 中的角 色 , 人 工 鱼 的行 为有 其独 特性 ` 5,61 . 首 先 , 在计 算机 动 画 中 , 人工 动 物 的 行 为可 分 为两种 : 一种 是 “ 确 定性 的 ” 或 “ 预 定义 的 ” 行为 . 建 立预 定义 行 为 的认知 模型 比较 简单 , 只要 将 事 先 定 义 好 的人 工 鱼 所 在 环 境 的领 域 知 识赋 予人 工鱼 系 统 , 人工 鱼 就可 以根 据要 求 采取 某 种 行 动 . 但 另 一 种行 为 是 “ 随 意性 的 ” , 带有 随 机性 . 例 如 , 在虚 拟海 底世 界 中 , 饥饿 的鳖鱼 要吃 掉小 “ 人工 鱼 ” , 小 “ 人 工鱼 ” 必 须 设法 逃 避 , 这 是 预定 义行 为 . 如 果没 有足 够 大 的障碍 物或 礁 石可 以躲避 , 小“ 人工 鱼 ” 只 能尽 可 能快和 远地 逃 离残 收稿 日 期 2 0 4 一 0 2一3 艾 冬梅 女 , 36 岁 , 高 工 , 硕士 * 国家 自然科 学基金 资助 项 目(N 0 . 6 0 3 7 4 0 3 2 , 6 0 3 7 5 0 3 8 ) ; 清 华 大学 智能技术与 系统 国家重 点实 验室 开放 课题 (N 认01 0 9) 忍 的 鳌鱼 ; 如 果在背 景 中加 一些 礁 石 , 那 么 小 “ 人 工 鱼 ” 可 以利用 礁 石 来躲 避 鳖鱼 , 这 其 中涉及 随 意 性行 为 . 随 意性 的行 为不 容 易控制 . 为 了实 现 人 为 控制 , 采 取一 种 折 中方 法 , 即将 领域 知 识 和 人 的指 导赋 予 人工 鱼 , 使 人工鱼 主 动地 向人们 希 望 它 达 到 的 目标 发 展 , 可 由下式 表 示 : 知识 十指 导 冷 行 为 ( l) 其 次 , 动 画角色 与其 所 在 的虚拟 世 界是 一个 复 杂 的 统 一体 . 其 中包 括角 色 与 环境 的关系 , 角 色 与 其他 角色 的 关系 等 . 但 是 , 影 响人 工 鱼 当前 行 动 的 因素 并 不是 整 个虚 拟 世 界 . 例 如 , 处于 饥 饿状 态 而又 没 有其 他 外 界干 扰 ( 如被 大 鱼追 捕) 的 人 工鱼 当前 感兴 趣 的只 是 食物 . 所 以 , 我 们 认 为人 工 鱼 的 认知 模 型 是 角 色对 其 虚 拟 世 界 的 一种 内 部简 化 模 型 . 2 随意 性 行 为模型 的设 计 除 了预定 义 行 为外 , 生活在 虚 拟海 洋 世 界 中 的人 工鱼 经 常会 遇 到一些 不确 定 的情 况 . 对 于这 些 随 意 性行 为 , 本文 采 取 的办 法 是 : 在 人 工鱼 感 知聚 焦 器 的基 础 上 , 加 入对 动 画 角色 的指 导 . .2 1 对 动 画 角色 的指 导 依 据 随意 性 行 为的选 择 , 无 论 人 工鱼什 么时 候 选 择行 动 , 它 都要 记得 所有 它 能够 作 出的其 他 选 择 . 当 人工 鱼 考虑 了某个 行 动方 案 后 , 如 果 它 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 06. 050