情感计算综述

情感计算1情感计算综述控制工程1102班李晓宇2111103172摘要：情感计算是人工智能的一个分支。情感计算的目的是通过赋予计算机识别、理解、表达和适应人的情感的能力来建立和谐人机环境，并使计算机具有更高的、全面的智能。本文分别从情感计算的研究历史、应用前景、研究内容和理论框架来阐述情感计算，以便使更多的人了解情感计算。关键字:情感计算；情感识别；情感理论框架SummaryofAffectiveComputingAbstract：Affectivecomputingisabranchofartificialintelligence.Theaimofaffectivecomputingistogivecomputerstorecognize,understand,adapttopeople'semotionalexpressionandtheabilitytoestablishharmonioushumanenvironment,andtohavehighercomputer,fullofintelligence.Thispaperexplainaffectivecomputingthroughthestudyofhistoryofaffectivecomputing,applicationsinthefuture,researchcontentandtheoreticalframework,sothatmorepeopleunderstandtheaffectivecomputing.Keyword:Affectivecomputing;emotionrecognition;thetheoreticalframeworkofemotional1、引言情感计算的概念是在1997年由MIT媒体实验室Picard教授提出，她指出情感计算是与情感相关，来源于情感或能够对情感施加影响的计算。中国科学院自动化研究所的胡包刚等人也通过自己的研究，提出了对情感计算的定义：“情感计算的目的是通过赋予计算机识别、理解、表达和适应人的情感的能力来建立和谐人机环境，并使计算机具有更高的、全面的智能”。在较长一段时期内，情感一直位于认知科学研究者的视线以外。直到20世纪末期，情感作为认知过程重要组成部分的身份才得到了学术界的普遍认同。当代的认知科学家们把情感与知觉、学习、记忆、言语等经典认知过程相提并论，关于情感本身及情感与其他认知过程间相互作用的研究成为当代认知科学的研究热点，情感计算（affectivecomputing）也成为一个新兴研究领域。众所周知，人随时随地都会有喜怒哀乐等情感的起伏变化。那么在人与计算机交互过程中，计算机是否能够体会人的喜怒哀乐，并见机行事呢？情感计算研究就是试图创建一种能感知、识别和理解人的情感，并能针对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算系统，即赋予计算机像人一样的观察、理解和生成各种情感特征的能力。2、研究现状让计算机具有情感能力首先是由美国MIT大学Minsky教授（人工智能创始人之一）提出的。他在1985年的专著《TheSocietyofMind》中指出，问题不在于智能机器能否有任何情感，而在于机器实现智能时怎么能够没有情感。从此，赋予计算机情感能力并让计算机能够理解和表达情感的研究、探讨引起了计算机界许多人士的兴趣。这方面的工作首推美国MIT媒体实验室Picard教授领导研究小组的工作。情感计算一词也首先由Picard教授于1997年出版的专著《AffectiveComputing》中提出并给出了定义，即情感计算是关于情感、情感产生以情感计算2及影响情感方面的计算。目前情感计算的研究普遍受到学术界和企业界的关注，国际知名公司，如IBM和BritishTelecom等均成立了专门的情感计算研究小组。国际知名大学也纷纷建立情感计算研究小组。总的来说，情感计算的研究均处于起步阶段。MIT目前的工作侧重于有关情感信号的获取（如各类传感器的研制）、情感计算的应用和可穿戴计算机。日本学者的研究侧重于感性信息处理方面。在情感计算的研究过程中，与之密切相关的可穿戴计算机的研究近几年来也得到了迅猛的发展（于1997年10月在美国波士顿召开第一次国际研讨会后已连续举行多次国际会议）。这种计算机的特点是可以巧妙地构成日常穿戴的一部分（如眼镜、手表、项链、手镯、腰带、鞋、帽、服装等），使计算机和其穿戴者始终保持形影不离。可穿戴计算机可为情感计算的研究提供一个很好的研究平台，另外情感计算的最终表现形式可能是可穿戴计算机或植入人体的芯片，从而将情感计算、移动计算和计算机融合而真正成为个性化的人机融合。虽说情感计算是一门新兴学科，但以往的研究也为其提供了一定的知识积累。从情感方面来讲，人类心理学和生理学的研究为情感计算提供了坚实的基础；从相关研究内容来讲，如人脸及面部表情识别、人脸及面部表情合成、手语识别与合成、气味识别等也是学术界一直研究的重点；同样各种医学器械、测谎仪等的研制成功也为情感计算提供了一定的依据。目前人工智能的研究发展已经达到了较高的水平，同时它的研究内容也在逐步扩展和延伸。对人的情感和认知的研究是人工智能的高级阶段，它的研究将会大大促进拟人控制理论、情感机器人、人性化的商品设计和市场开发等方面的进展，为最终营造一个人与人、人与机器和谐的社会环境做出贡献。心理学家认为，人工智能下一个重大突破性的发展可能来自与其说赋予机器更多的逻辑智能，倒不如说赋予计算机更多的情感智能。对人的情感和认知的研究是在人工智能理论框架下的一个质的进步。因为从广度上讲它扩展并包容了感情智能，从深度上讲感情智能在人类智能思维与反应中体现了一种更高层次的智能。对人的情感和认知的研究必将为计算机的未来应用展现一种全新的方向。在这个领域的研究中主要包括情感计算（AffectiveComputing）、人工心理（ArtificailPsychology）和感性工学（KanseiEngineering）等。2.1国际研究现状MIT对情感计算进行全方位研究，正在开发研究情感机器人，最终有可能人机融合。其媒体实验室与HP公司合作进行情感计算的研究。IBM公司的“蓝眼计划”，可使计算机知道人想干什么，如当人的眼瞄向电视时，它竟知道人想打开电视机，它便发出指令打开电视机。此外该公司还研究了情感鼠标，可根据手部的血压及温度等传感器感知用户的情感。CMU主要研究可穿戴计算机。日本在对感性信息处理的研究中，有众多研究单位参与，主要集中在研究所和高校。特别值得一提的是，日本欧姆龙公司研制生产的机器玩具曾风行一时，最高价达4000美元。随后其它公司也进行机器狗等玩具的生产。显然情感计算的研究不仅具有重要的科学和学术价值，也存在着巨大的商机，有很好的经济效益。2.1国内研究现状国内研究主要侧重于单元理论与技术的研究与实现。哈尔滨工业大学以高文教授为主，研究多功能情感机，主要包括表情识别，人脸识别，人脸检测与跟踪、手语识别、手语合成、表情合成、唇读等内容，并与海尔公司合作研究服务机器人。中国科学院计算技术研究所王兆其的研究组正在研究带有表情和动作的虚拟人。北京工业大学正进行多功能感知机同情感计算的融合研究。中国科学院自动化研究所主要研究基于生物特征的身份验证。南京航空航天大学、南京机械高等专科学校研究语音情感计算。重庆大学主要研究智能服务、增强现实、环境感知、台智能手表等，注重软件方面的研究。海南大学主要研究军用无线局域网结构中的可穿戴计算机。中科院心理学所、生物所主要注重人生理学、心理学方面的研究。特别是情感计算3中科院计算所高文教授提出的多功能感知技术，为情感计算的研究提供了很好的知识积累。更为重要的是国家自然科学基金项目将和谐人机环境中的情感计算理论研究列为1998年信息技术高技术探索第六主题。这说明，情感计算的研究在我国也逐步得到认识，其工作也在渐渐展开。3、情感计算的应用前景很显然，开展认知科学研究不仅仅是为了满足人类智慧上的好奇心，更重要的是服务于人类，提高人类的生活质量。情感计算有广泛的应用前景。计算机通过对人类的情感进行获取、分类、识别和响应，进而可以帮助使用者获得高效而又亲切的感觉，并有效减轻人们使用电脑的挫败感，甚至帮助人们理解自己和他人的情感世界。计算机的情感化设计能帮助我们增加使用设备的安全性，使经验人性化，使计算机作为媒介进行学习的功能达到最佳化。在信息检索中，通过情感分析的概念解析功能，可以提高智能信息检索的精确度和效率。在电子商务领域，在设计购物网站和股票交易网站等时充分利用人的情感因素的作用，以改变客流量。针对人的肢体运动，可以设计一系列运动和身体信息捕获设备，例如，将智能座椅应用于汽车的驾座上，用于动态监测驾驶人员的情感状态，并提出适时警告。多模式的情感交互技术能构筑更贴近人们生活的智能空间或虚拟场景，而机器人、智能玩具、游戏等产业则能构筑出更加拟人化的风格和更加逼真的场景。情感计算是一个高度综合化的研究和技术领域。通过计算科学与心理科学、认知科学的结合，研究人与人交互、人与计算机交互过程中的情感特点，设计具有情感反馈的人与计算机的交互环境，将有可能实现人与计算机的情感交互。情感计算研究将不断加深对人的情感状态和机制的理解，并提高人与计算机界面的和谐性，即提高计算机感知情境，理解人的情感和意图，作出适当反应的能力。4、情感计算的基本内容人们期盼着能拥有并使用更为人性化和智能化的计算机。在人机交互中，从人操作计算机，变为计算机辅助人；从人围着计算机转，变为计算机围着人转；计算机从认知型，变为直觉型。显然，为实现这些转变，人机交互中的计算机应具有情感能力。情感计算研究就是试图创建一种能感知、识别和理解人的情感，并能针对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算系统。情感被用来表示各种不同的内心体验（如情绪、心境和偏好），情绪被用来表示非常短暂但强烈的内心体验，而心境或状态则被用来描述强度低但持久的内心体验。情感是人与环境之间某种关系的维持或改变，当客观事物或情境与人的需要和愿望符合时会引起人积极肯定的情感，而不符合时则会引起人消极否定的情感。情感具有三种成分：⑴主观体验，即个体对不同情感状态的自我感受；⑵外部表现，即表情，在情感状态发生时身体各部分的动作量化形式。表情包括面部表情（面部肌肉变化所组成的模式）、姿态表情（身体其他部分的表情动作）和语调表情（言语的声调、节奏、速度等方面的变化）；⑶生理唤醒，即情感产生的生理反应，是一种生理的激活水平，具有不同的反应模式。概括而言，情感的重要作用主要表现在四个方面：情感是人适应生存的心理工具，能激发心理活动和行为的动机，是心理活动的组织者，也是人际通信交流的重要手段。从生物进化的角度我们可以把人的情绪分为基本情绪和复杂情绪。基本情绪是先天的，具有独立的神经生理机制、内部体验和外部表现，以及不同的适应功能。人有五种基本情绪，它们分别是当前目标取得进展时的快乐，自我保护的目标受到威胁时的焦虑，当前目标不能实现时的悲伤，当前目标受挫或遭遇阻碍时的愤怒，以及与味觉（味道）目标相违背的厌恶。而复杂情情感计算4绪则是由基本情绪的不同组合派生出来的。情感测量包括对情感维度、表情和生理指标三种成分的测量。例如，我们要确定一个人的焦虑水平，可以使用问卷测量其主观感受，通过记录和分析面部肌肉活动测量其面部表情，并用血压计测量血压，对血液样本进行化验，检测血液中肾上腺素水平等。确定情感维度对情感测量有重要意义，因为只有确定了情感维度，才能对情感体验做出较为准确的评估。情感维度具有两极性，例如，情感的激动性可分为激动和平静两极，激动指的是一种强烈的、外显的情感状态，而平静指的是一种平稳安静的情感状态。心理学的情感维度理论认为，几个维度组成的空间包括了人类所有的情感。但是，情感究竟是二维，三维，还是四维，研究者们并未达成共识。情感的二维理论认为，情感有两个重要维度：⑴愉悦度（也有人提出用趋近-逃避来代替愉悦度）；⑵激活度，即与情感状态相联系的机体能量的程度。研究发现，惊反射可用做测量愉悦度的生理指标，而皮肤电反应可用做