第6期 解仑等：基于情感能量模型的表情机器头 ,807 10 07 (a) 120 (b) T-20 08 05P.066667 m=1r-106T.-55 m=1r=1.06T=55 0-120.9 606 0-120-9 一 03 -0 -0 033333 033333=033333 01 元，0023481元，0027702 元=035681m,=036104 m.-028215 04 P5045928P2-02129g 0,79262p-012036P0.087027 0 元高 02 常4=-0051183 40 PE035于 =-024631 10 20 40 60 20 0 60 图2情绪状态概率分布()和情绪强度(b)随T变化曲线 Fig.2 Relations of emotion state probability (a)and the emotional strength (b)with T 从图2可看出，由m所确定的刺激，将使情绪 出的面部运动编码系统(FACS)中定义的动作单元 状态(=m)的概率分布PT)或情绪强度PT)随 (AU)来描述面部表情，每一AU都是由面部的一束 T的变化，从初始心情状态概率分布π或初始心情 或几束肌肉伸缩产生，同时每一表情可表示为若干 强度π开始一直增加到接近1或PT=0.66667, 个共同AU作用的结果[) 而其他情绪状态j(j≠m)的概率分布p})或情绪 FACS中定义了基本的，加上说话时的面部动 强度p),从初始心情状态概率分布π或初始心情 作，可以产生出任意的表情10.情绪心理学研究表 强度π开始一直减少到接近0或PD=一1/3. 明：存在着六种基本表情，即高兴、悲伤、惊奇、恐惧、 分析与关于机器情感的设定是相符合的，即图2所 愤怒和厌恶：其他的任意表情都可表示为此种基本 表示的变化趋势是符合人类心理规律的门. 表情的组合，以此为依据，本文设计的表情机器头 结构如图3所示，可实现机器人的摆头、点头、眨眼、 3表情机器头研究平台的构建 嘴的张合、皱眉和转动眼球等基本动作，根据人的 心理学研究表明：人脸能够产生大约55000种 面部特征用硅胶制作一个机器人面皮，把记忆形状 不同的表情，其中有30多种能够用人类自然语言词 合金根据人体面部肌肉的分布布置在面皮下，以实 汇区别开来[]，面部表情的丰富性促使了多种表情 现肌肉的拉动效果，可以模拟脸颊运动、上拉嘴角和 记述方法的出现，其中常采用Ekman和Friesen提 后拉嘴角等动作 a 图3机器头结构示意图.(a)眼睑、眼球；(b)头骨；(c)下巴的控制：(d)点头：(e)摇头 Fig.3 Schematic diagrams of a machine head:(a)eyelids and eyes:(b)skull;(c)chin control;(d)nodding:(e)head shaking图2 情绪状态概率分布（a）和情绪强度（b）随 T 变化曲线 Fig．2 Relations of emotion state probability （a） and the emotional strength （b） with T 从图2可看出‚由 m 所确定的刺激‚将使情绪 状态 i（ i＝ m）的概率分布 P （ T） i 或情绪强度 P （ T） ih 随 T 的变化‚从初始心情状态概率分布 π或初始心情 强度πΔ 开始一直增加到接近1或 P （ T） imax＝0∙66667‚ 而其他情绪状态 j（ j≠ m）的概率分布 p （ T） j 或情绪 强度 p （ T） jΔ ‚从初始心情状态概率分布 π或初始心情 强度πΔ 开始一直减少到接近0或 P （ T） hmax ＝—1／3． 分析与关于机器情感的设定是相符合的‚即图2所 表示的变化趋势是符合人类心理规律的［7］． 3 表情机器头研究平台的构建 心理学研究表明：人脸能够产生大约55000种 不同的表情‚其中有30多种能够用人类自然语言词 汇区别开来［8］．面部表情的丰富性促使了多种表情 记述方法的出现‚其中常采用 Ekman 和 Friesen 提 出的面部运动编码系统（FACS）中定义的动作单元 （AU）来描述面部表情‚每一 AU 都是由面部的一束 或几束肌肉伸缩产生‚同时每一表情可表示为若干 个共同 AU 作用的结果［9］． FACS 中定义了基本的‚加上说话时的面部动 作‚可以产生出任意的表情［10］．情绪心理学研究表 明：存在着六种基本表情‚即高兴、悲伤、惊奇、恐惧、 愤怒和厌恶；其他的任意表情都可表示为此种基本 表情的组合．以此为依据‚本文设计的表情机器头 结构如图3所示‚可实现机器人的摆头、点头、眨眼、 嘴的张合、皱眉和转动眼球等基本动作．根据人的 面部特征用硅胶制作一个机器人面皮‚把记忆形状 合金根据人体面部肌肉的分布布置在面皮下‚以实 现肌肉的拉动效果‚可以模拟脸颊运动、上拉嘴角和 后拉嘴角等动作． 图3 机器头结构示意图．（a） 眼睑、眼球；（b） 头骨；（c） 下巴的控制；（d） 点头；（e） 摇头 Fig．3 Schematic diagrams of a machine head：（a） eyelids and eyes；（b） skull；（c） chin control；（d） nodding；（e） head shaking 第6期 解 仑等： 基于情感能量模型的表情机器头 ·807·