本书结合国内外虚拟现实技术的发展潮流，结合作者以往的研究基础，论述了建立智能体的理论、方法和实现技术，书中内容反应了国际上虚拟现实现实和人工智能交叉领域的研究现状，对于深入开发虚拟现实系统具有很大的参考价值，也可用于研究生或者高年级本科生的选修课教材。
前言
近年来，人工智能和虚拟现实技术受到学术界和产业界的广泛关注，人们已经开始运用人工智能技术来描述虚拟现实系统中具有自主行为的对象，虚拟智能体是虚拟现实系统中具有感知和行为特征的图形实体。虚拟智能体的理论和方法发展迅速，目前已成功应用于电子教育、数字娱乐、军事仿真、医疗等领域。
本书主要结合作者在虚拟智能体方面的部分研究工作，重点介绍了虚拟智能体的行为和情绪建模，给出了具体的实现案例，期望对推动虚拟现实技术的应用开发有所帮助。全书共5 章，第1 章主要介绍虚拟智能体的概念和技术，第2章介绍虚拟智能体的感知和行为建模，第3章介绍虚拟智能体的情绪模型，第4章介绍虚拟智能体的群体行为建模，第5章介绍虚拟智能体应用案例。本书得到了国家自然科学基金（61373068，60973099）的资助，在此表示衷心的感谢。
本书可以作为计算机科学技术、自动化和其他工科专业高年级本科生、研究生的参考书，也可以作为工程技术人员开发虚拟现实系统的参考用书。由于作者水平所限，书中难免存在疏漏和不妥之处，旨在抛砖引玉，望请专家学者和广大读者不吝赐教。
著 者
2017 年12月
刘箴，研究员，中国人工智能学会、中国图象图形学学会和中国计算机学会会员。1996年毕业于哈尔滨工业大学，获工学博士学位。先后在哈尔滨工业大学航天学院和浙江大学CAD&CG国家重点实验室从事博士后研究工作，曾参加国防预研、国防重点实验室基金和国家自然基金等项目的研究工作。2003年从浙江大学调动至宁波大学，目前主要从事人工智能和虚拟现实方向的教学和科研工作，主持和承担多项国家和省部级科研项目，在国内外期刊发表多篇学术论文。
第1章 虚拟智能体概述 1
1．1 虚拟现实技术发展趋势 1
1．2 虚拟智能体概念的提出 2
1．3 国际国内研究状况和进展 4
1．4 虚拟智能体认知模型 8
1．4．1 认知模型概述 8
1．4．2 具有社会性的认知结构设计 9
1．4．3 本书提出的虚拟智能体的认知结构 10
1．5 虚拟智能体的可信性 12
1．5．1 虚拟智能体的感知可信性 13
1．5．2 虚拟智能体的情绪可信性 15
1．6 本章小结 17
参考文献 18
第2章 虚拟智能体的感知和行为建模 21
2．1 虚拟智能体的感知概述 21
2．2 虚拟智能体的视觉感知建模 22
2．2．1 虚拟视觉 22
2．2．2 基于场景语义的视觉感知 24
2．2．3 可见性测试 25
2．2．4 视觉注意机制 26
2．3 虚拟智能体视觉范围动态调节方法 27
2．3．1 视觉感知简化描述 27
2．3．2 Q 学习概述 28
2．3．3 基于Q 学习的感知模块自适应 29
2．3．4 实验 31
2．4 虚拟智能体的运动路径规划 33
2．4．1 运动路径规划模型 33
2．4．2 运动路径规划实验 36
2．5 虚拟智能体的行为建模 39
2．5．1 行为规划 39
2．5．2 行为描述 40
2．5．3 动机和行为 43
2．6 本章小结 46
参考文献 46
第3章 虚拟智能体情绪模型 48
3．1 虚拟智能情绪模型概述 48
3．1．1 情绪概述 48
3．1．2 情绪模型研究综述 48
3．2 情绪认知评价模型 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 基于社会心理学框架下的认知模型 57
3．2．5 情绪的数学描述 58
3．3 基于推理规则的情绪模型 60
3．3．1 虚拟智能体认知结构的设计 60
3．3．2 情绪推理规则的构建 63
3．3．3 实验原型 66
3．4 虚拟智能体的情绪决策模型 70
3．4．1 情绪、个性和动机的描述 70
3．4．2 情绪决策算子的构建 71
3．4．3 实验原型 76
3．5 人―机交互中的虚拟智能体情绪设计 82
3．5．1 人―机交互的虚拟智能体设计 82
3．5．2 情绪交互规则的设计 83
3．5．3 人―机交互中虚拟智能体不确定信息处理 84
3．5．4 实验原型 86
3．6 本章小结 88
参考文献 88
第4章 虚拟智能体群体行为建模 93
4．1 虚拟智能体群体行为建模概述 93
4．2 人群行为模拟相关概念 95
4．2．1 虚拟智能体的感知 95
4．2．2 人群碰撞检测方法 95
4．2．3 虚拟智能体的个性 100
4．2．4 虚拟智能体的群体行为 101
4．3 考虑个性参数的人群逃生行为仿真模型 103
4．3．1 人群个性对逃生的影响分析 103
4．3．2 人群个体的碰撞检测 105
4．3．3 实验结果分析 106
4．4 基于虚拟智能体的群体对抗仿真模型 108
4．4．1 群体对抗仿真设计 108
4．4．2 虚拟智能体的情绪决策 111
4．4．3 仿真实验 112
4．4．4 实验分析 114
4．5 情绪驱动的人群跟随运动仿真 114
4．5．1 人群情绪和运动模型 114
4．5．2 人群跟随运动实验分析 117
4．6 人群拥挤事件中的情绪感染仿真模型研究 119
4．6．1 人群拥挤和情绪感染 119
4．6．2 人群情绪感染模型 120
4．6．3 人群情绪感染假设 121
4．6．4 人群避碰和跌落行为 124
4．6．5 人群情绪感染实验 125
4．6．6 实验讨论 135
4．7 本章小结 136
参考文献 137
第5章 虚拟智能体的应用案例 140
5．1 虚拟智能体应用开发概述 140
5．1．1 智能体的开发需要求分析 140
5．1．2 虚拟智能体计算模型的设计 142
5．2 虚拟智能体在康复领域的应用 145
5．3 虚拟智能体在体感康复训练中的构想 146
5．3．1 体感康复游戏技术现状 146
5．3．2 虚拟智能体在康复训练中的构想 148
5．4 人体动作和表情的信息采集 148
5．4．1 光学的动作捕获设备介绍 148
5．4．2 表情采集设备 150
5．5 Unity 开发环境下的编程概述 151
5．6 康复训练虚拟现实系统设计 154
5．6．1 虚拟康复训练虚拟现实系统概述 154
5．6．2 虚拟智能体的设计 155
5．6．3 体感交互设计 157
5．6．4 虚拟乒乓球运动的控制 159
5．6．5 实验结果分析 160
5．7 本章小结 162
参考文献 162
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