the 情感计算guide download - 第6卷第5期2010年5月

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1、6专题第6卷 第5期 2010年5月情感计算早 在 1985年 ， 人 工 智 能 奠 基 人 之 一 的 明 斯基 （ Minsky） 就 提 出 了 计 算 机 与 情 感 （ Emo-tion，A ffective，F eeling）的问题。他在思维的社会（The Society of Mind）一书中写到：问 题 并 不 在 于 智 能 机 器 是 否 能 有 情 感 ， 而 在于 没 有 情 感 的 机 器 怎 么 能 是 智 能 的 ？ 美 国 麻省 理 工 学 院 的 皮 卡 德 （ Picard） 在 1997年 出 版的 情 感 计 算 （ Affective Computi

2、ng） 中 提出 了 “ 情 感 计 算 ” 一 词 ， 把 “ 情 感 计 算 ” 定义 为 “ 与 情 感 有 关 、 由 情 感 引 发 或 者 能 够 影响 情 感 的 因 素 的 计 算 。 ” “ 情 感 计 算 ” 的 目标 是 赋 予 计 算 机 感 知 、 理 解 以 及 表 达 情 感 的能 力 。计 算 机 是 逻 辑 计 算 的 典 范 。 要 把 情 感 智 能引 入 机 器 智 能 ， 其 关 键 是 要 使 非 逻 辑 的 情 感 能参 与 到 经 典 的 逻 辑 计 算 中 ， 构 建 情 感 在 计 算 中的 通 路 ， 并 实 现 情 感 辅 助 的 机 器

3、 决 策 机 制 ， 从而 将 目 前 基 于 逻 辑 运 算 的 机 器 智 能 ， 转 化 为 基于 情 感 和 逻 辑 相 结 合 的 机 器 智 能 。 为 此 ， 我 们要 研 究 人 类 的 情 感 机 制 以 及 情 感 引 起 的 认 知 和心 理 反 应 ， 不 但 要 对 外 部 表 现 和 生 理 指 标 进 行计 算 ， 还 要 把 情 感 主 观 体 验 纳 入 到 计 算 中 ， 实现逻辑与非逻辑计算的有机融合。随 着 神 经 生 理 学 和 脑 科 学 的 发 展 ， 人 类 对情 绪 中 枢 的 运 转 和 情 绪 活 动 的 功 能 有 了 更 清 楚的认识。

4、纽约大学的约瑟夫勒杜克斯（J oseph LeDoux）发现情绪本身无需理智的参与也可触发 行 为 。 同 时 ， 爱 荷 华 大 学 的 安 东 尼 奥达 玛 西欧（A ntonio Damasio）发现大脑中情感通道受损 的 患 者 的 认 知 能 力 和 智 商 并 没 有 降 低 ， 而 作决 策 的 能 力 却 严 重 受 损 ， 这 与 仅 依 靠 “ 理 智 ”做 决 策 的 计 算 机 不 无 相 似 之 处 。 基 于 以 上 研究 ， 达 玛 西 欧 提 出 了 反 传 统 的 观 点 ， 认 为 在 理性决策中，情绪的参与必不可少。“ 情 感 计 算 ” 需 要 利 用

5、计 算 技 术 来 检 测 情感 的 外 在 表 现 和 生 理 指 标 ， 利 用 计 算 技 术 进 行特 征 抽 取 、 建 模 、 分 类 、 识 别 和 生 成 等 处 理 ，分 析 物 理 特 征 的 情 感 属 性 ， 挖 掘 特 征 对 情 感 的贡 献 等 等 ， 进 而 将 情 感 因 素 引 入 系 统 决 策 过程 。 然 而 ， 在 对 “ 情 感 计 算 ” 的 研 究 中 ， 一 个重 要 的 、 值 得 探 索 的 问 题 是 如 何 将 “ 主 观 感受”加入计算过程。情感的成分情 感 是 人 对 客 观 事 物 的 体 验 ， 在 理 性 行 为和 理 性

6、决 策 中 起 重 要 作 用 。 情 感 体 验 所 构 成的 恒 常 心 理 背 景 或 一 时 的 心 理 状 态 ， 都 对 当前 进 行 的 信 息 加 工 起 组 织 与 协 调 的 作 用 。 情感 状 态 的 细 微 改 变 都 有 可 能 对 人 的 创 造 性 产生 重 要 影 响 。在 人 与 人 的 交 流 过 程 中 ， 除 了 语 言 、 脸 像蔡 莲 红清华大学情感计算关键词：情感计算 情感测量 表情识别 情感语音7第6卷 第5期 2010年5月和 行 为 所 表 达 的 直 接的 语 义 信 息 外 ， 人 类的 情 感 也 传 递 了 重 要的 信 息 。 在

7、 与 计 算 机交 互 的 过 程 中 ， 人 们希 望 机 器 能 理 解 自 己的 需 要 和 感 受 ， 并 做出 适 当 的 反 映 。 缺 乏情 感 的 交 流 ， 有 可 能传 递 不 完 整 的 信 息 ，这 将 严 重 影 响 人 机 交互 的 效 果 和 效 率 。 赋予 计 算 机 类 似 于 人 类情 感 的 能 力 ， 使 其 能 够 感 知 、 理 解 和 表 达 情感 ， 从 而 建 立 一 种 更 为 和 谐 的 人 机 环 境 是 非 常必要的。心 理 认 知 研 究 表 明 ， 情 感 由 特 定 情 景 所 引起 ， 具 有 产 生 、 发 展 和 消 亡

8、的 复 杂 过 程 ， 并 由独 特 的 主 观 体 验 、 外 部 表 现 和 生 理 唤 醒 等 三 种成分组成。主观体验（S ubjective Experience）是 指 个 体 对 不 同 情 绪 和 情 感 状 态 的 自 我 感 受 。外部表现，即表情（E motional Expressions），是 指 在 情 绪 和 情 感 状 态 发 生 时 身 体 各 部 分 的动 作 量 化 形 式 ， 包 括 ： 面 部 表 情 、 姿 态 表 情和 语 调 表 情 。 生 理 唤 醒 是 指 情 绪 和 情 感 产 生的 生 理 反 应 ， 是 一 种 生 理 的 激 活 水

9、平 。 常 用的 生 理 指 标 有 皮 质 醇 水 平 、 心 率 、 呼 吸 、 皮肤 电 活 动 、 事 件 相 关 电 位 、 脑 电 波 （ Electro Encephalogram， EEG） 、 掌 汗 、 瞳 孔 直 径 和血 压 等 。情感计算的框架在 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （ 60433030）的 支 持 下 ， 清 华 大 学 和 中 国 科 学 院 心 理 研 究 所共 同 对 情 感 计 算 进 行 了 研 究 。 其 中 要 解 决 的关 键 问 题 是 “ 情 感 如 何 计 算 ？ ” 我 们 构 建 了 情感 计 算 的 研 究 框

10、 架 ， 如 图 1所 示 。 在 这 个 框 架下 ， 我 们 研 究 了 情 感 的 可 计 算 性 ， 如 情 感 的 维度 模 型 、 测 量 量 表 、 表 情 的 认 知 机 制 、 情 感 的量 化 和 情 感 距 离 的 计 算 ； 研 究 了 情 感 建 模 ， 如情 感 特 征 挖 掘 、 情 感 标 注 、 情 感 识 别 和 情 感 合成 ； 构 建 了 情 感 计 算 系 统 ， 如 人 脸 表 情 识 别 系统 、 情 感 语 音 识 别 和 情 感 语 音 合 成 等 ； 并 将 情感 计 算 的 成 果 在 情 绪 感 应 器 、 情 感 机 器 人 、 服务

11、态 度 检 测 、 欺 骗 检 测 和 “ 快 乐 伴 侣 ” 等 应 用软件中试用。本 期 专 题 邀 请 了 几 位 专 家 、 学 者 撰 文 ， 介绍了情感计算的系统和应用。情感的测量与量化情 感 的 测 量 与 量 化 是 情 感 计 算 研 究 领 域 的基 础 问 题 。 要 实 现 情 感 计 算 ， 就 必 须 对 情 感 进行 有 效 的 描 述 、 测 量 和 量 化 。 其 可 行 的 途 径 是引 入 情 绪 量 表 和 相 应 的 情 感 量 化 体 系 。 研 究 表明 ， 三 个 维 度 是 描 述 人 类 情 感 状 态 的 充 分 和 必要的维度。中 国 科

12、 学 院 心 理 研 究 所 的 刘 烨 等 撰 写 的 文图 1 情 感 计 算 的 研 究 框 架生理数据采集表现数据采集参数提取评估数据采集情感模型评测量表表情识别姿态识别人体跟踪情感语音识别情感语音合成情感测量、量化方法情感特征挖掘情感识别与合成模型认知与情绪的关系情绪感应情感机器人语音生成服务态度检测欺骗检测生理唤醒外部表现主观体验 情感建模情感计算系统情感应用8专题第6卷 第5期 2010年5月蔡莲红清华大学计算机科学与技术系教授。主要研究方向为人机语音交互、语音合成、情感计算及媒体认知计算等。clh-章基于P AD1三维空间的情感测量，针对情感 计 算 的 基 础 “ 情 感 测

13、 量 问 题 ” ， 比 较 了 情 感范 畴 观 和 情 感 维 度 观 。 文 中 还 介 绍 了 PAD三 维情 感 模 型 ， 以 及 面 向 中 文 所 建 立 的 PAD情 感 量表 。 PAD模 型 实 现 了 情 感 的 有 效 测 量 ， 计 算 了情 绪 之 间 的 认 知 距 离 ， 从 而 在 情 感 （ 主 观 ） 与计算（客观）之间搭建起了桥梁。情感的计算与建模在 情 感 计 算 的 研 究 初 期 ， 研 究 人 员 抽 取 与情 感 相 关 的 特 征 ， 并 赋 予 其 与 情 感 相 关 的 属性 ， 使 其 参 与 到 系 统 的 分 类 和 决 策 中

14、。 如 图 像的 颜 色 （ 红 色 、 蓝 色 ） ， 赋 予 其 冷 /暖 属 性 ； 声音的音高，赋予其激动/低沉属性。清 华 大 学 的 张 申 等 撰 写 的 文 章 基 于 情 感 维度 的 人 脸 表 情 生 成 介 绍 了 为 实 现 参 数 化 驱 动的 人 脸 模 型 表 情 动 画 ， 建 立 了 从 高 层 PAD参 数到 中 层 人 脸 局 部 表 情 状 态 参 数 （ Partial Expression Parameter，P EP）之间的关联映射模型，以及从中层P EP参数到底层F AP（F acial Animation Parameter， 人 脸 运 动

15、 参 数 ） 动 画 参 数 之 间 的关 联 模 板 。 面 部 表 情 由 高 层 的 PAD情 感 语 义 参数 控 制 ， 通 过 将 PAD高 层 参 数 映 射 转 化 为 局 部表 情 状 态 参 数 ， 将 人 类 的 情 感 通 过 面 部 器 官 表情 动 作 表 现 出 来 。 在 生 成 工 作 中 ， 再 将 局 部 表情 状 态 参 数 与 底 层 的 网 格 动 画 参 数 建 立 模 板 映射 ， 实 现 对 三 维 人 脸 网 格 模 型 的 驱 动 ， 从 而 实现PAD情感维度驱动的人脸表情生成。情感计算系统和应用虽 然 情 感 计 算 是 个 崭 新 的

16、 研 究 方 向 ， 但 是已 经 取 得 了 不 少 成 果 ， 如 情 感 传 感 器 、 情 感 机器 人 、 可 穿 戴 计 算 、 情 感 反 馈 摄 像 机 、 情 感 鼠标 和 情 感 玩 具 等 。 国 内 的 研 究 主 要 集 中 在 多 功能 情 感 机 、 虚 拟 人 、 手 语 识 别 与 合 成 、 脸 像 表情生成和情感语音合成等方面。清 华 大 学 陶 霖 密 副 教 授 等 撰 写 的 文 章 自然 环 境 下 的 人 脸 表 情 识 别 ， 提 出 了 自 然 环 境下 的 人 脸 表 情 识 别 方 法 ， 以 及 相 应 的 系 统 框架 。 通 过 对 多 重 人 头 和 脸 部 器 官 的 检 测 和 跟踪 ， 并 综 合 运 用 重 建 正 面 人 脸 和 表 情 模 板 匹 配等 多 种 算 法 ， 可 以 实 现 在 人 头 运 动 及 不 同 光 照条件