【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，情感計(jì)算對于人機(jī)交互設(shè)計(jì)的重要性也日益顯著，將情感計(jì)算能力與計(jì)算設(shè)備進(jìn)行有機(jī)地整合能夠較好的整合人機(jī)交互，使人體的相應(yīng)操作變得更智能更容易識(shí)別，讓用戶感到更為親切和易于操作。

【關(guān)鍵詞】情感計(jì)算;交互設(shè)計(jì);情感模型;智能化

一、情感計(jì)算的歷史與現(xiàn)在和將來

資料記載，情感計(jì)算這一新興詞匯的產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代末，耶魯大學(xué)的老教授在分析了相關(guān)參數(shù)后，開辟性地將情感計(jì)算這一全新的領(lǐng)域展現(xiàn)在了人們面前。概念一出，便引起了學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的各種研究。很快，隨著對情感計(jì)算的不斷深入和延伸，該概念隨后被戈?duì)柭莼蔀樾乱粚哟蔚母拍?，也就是現(xiàn)在年輕人口中常說的智商和情商，并隨著戈?duì)柭难芯砍晒加谑蓝谌蚍秶鷥?nèi)刮起一股情感計(jì)算風(fēng)，在心理情感領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)智能方向掀起了學(xué)術(shù)研究的熱潮。美國某科研機(jī)構(gòu)根據(jù)戈?duì)柭鼘τ谇楦杏?jì)算方向的認(rèn)知和對概念的更加深入剖析，國外某知名教授根據(jù)自己的見解和前人資料的搜集鋪墊，在1998年將自己的研究成果印刷成冊并取名為《情感測算》，希望讓情感因素和人機(jī)交互有機(jī)地結(jié)合起來，從而更好的通過機(jī)器來傳達(dá)人類的情感。

隨著新時(shí)代智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，普適計(jì)算、人本計(jì)算、社會(huì)計(jì)算等概念不斷地進(jìn)入人們的眼簾，趨于人個(gè)性化和自然化的人機(jī)交互設(shè)計(jì)成為當(dāng)今各領(lǐng)域競相研究和兵家必爭之地。而基于人體復(fù)雜自然情感的情感計(jì)算由于其概念的新穎性也逐漸成為輿論討論和關(guān)注的焦點(diǎn)。我國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)也不例外，不久前就發(fā)表了一篇名為《情感測算的理論與方法》的研究文章，在國內(nèi)學(xué)術(shù)界引起不小的轟動(dòng)。

情感計(jì)算從某種角度來說，是一類經(jīng)典的最科學(xué)模式進(jìn)行分析整合識(shí)別的過程。隨著智能手機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，通過各種傳感器及交互設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互從而獲得用戶的神態(tài)、姿勢、音色音調(diào)，甚至血壓、脈搏等各類自然人類數(shù)據(jù)，并結(jié)合深處的大環(huán)境進(jìn)行對數(shù)據(jù)的全面雙層次多角度的分析，最后利用一套完善的算法機(jī)制識(shí)別和幫助理解用戶當(dāng)時(shí)的心情。然而，針對實(shí)際的交互環(huán)境，智能設(shè)備需要做的還沒有那么簡單，其難點(diǎn)在于需要針對傳感器獲得的人體信息作出及時(shí)、恰如其分、情感化的反應(yīng)。情感類別之間距離的定義和計(jì)算方法是情感計(jì)算的重點(diǎn)所在，例如若采集到的數(shù)據(jù)是對笑的程度分類時(shí)候，“微笑、憨笑、大笑”之間的距離認(rèn)知是一個(gè)難點(diǎn)。設(shè)備需要準(zhǔn)確認(rèn)知他們之間的距離參數(shù)，以便將其分門別類，以此幫助系統(tǒng)對于程度不同的笑都能進(jìn)行一個(gè)有效的認(rèn)知分析和識(shí)別。現(xiàn)在局限在于，情感計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)性仍然停留在對數(shù)據(jù)目標(biāo)進(jìn)行大致的分類，即七種最基本的情感分析，而更進(jìn)一步的是情感計(jì)算在今后所要走的路的放向。

當(dāng)前信息化時(shí)代，我國情感測算領(lǐng)域的研究主要方向依舊是對人臉的分析和識(shí)別方向。選取人臉作為主流分析和識(shí)別媒介的原因在于一方面人類的臉部表情相對來說還是較為方便獲取數(shù)據(jù)的，也有相對完善的技術(shù)對其進(jìn)行基礎(chǔ)鋪墊。當(dāng)然其應(yīng)用前景的重大也是情感計(jì)算選此作為主流方向的原因;另一方面，此現(xiàn)狀也凸顯出目前我國情感計(jì)算領(lǐng)域一個(gè)不可避免的難題：雖然用戶以手勢、動(dòng)作、表情等作為信息傳遞的媒介來進(jìn)行情感的傳遞，但目前眾多情感模式的獲取思路和分析以及針對內(nèi)外部環(huán)境等上下文信息的融合問題依舊是情感計(jì)算研究中最讓學(xué)者頭疼的難題。如何真正科學(xué)化的實(shí)現(xiàn)具有情感反饋功能的人機(jī)交互是情感測算領(lǐng)域不變的目標(biāo)。這需要針對以后的情感理解基礎(chǔ)，做出對人類情感反饋和表達(dá)的機(jī)制，并建立模型分析整合。

當(dāng)前我國在上述領(lǐng)域已經(jīng)有了重大進(jìn)展，即基于以后的理論知識(shí)技能和模型建立一個(gè)虛擬化人物的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并借此生成一類新方向的以動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為支點(diǎn)的自我情緒調(diào)控結(jié)構(gòu)。中科院有發(fā)布過相關(guān)論文，文章詳細(xì)地講解了一種新概念的人臉表情合成技術(shù)，并生成一個(gè)和人臉部一樣機(jī)構(gòu)特征的能做出表情的虛擬說話用戶。由此可以得出結(jié)論，對于人類情感的虛擬化研究在情感計(jì)算機(jī)構(gòu)中仍然是一個(gè)新興富有生機(jī)的方向，雖然研究面臨著許多待解決的難題，若將目光拉長，此方向無疑具有廣闊的應(yīng)用前景。

二、情感計(jì)算研究方向細(xì)分

憑借對情感分析的理解，我們將情感計(jì)算的主要研究方向分解成八項(xiàng)：信息的獲取，計(jì)算模式的認(rèn)知，情感計(jì)算的端口，情感傳遞的途徑，等等。

以用戶情感的交流認(rèn)知為入口，情感計(jì)算可以粗略分割成四塊：

（一）借助傳感器進(jìn)行高效的人機(jī)交互從而達(dá)到用戶信息的獲取和認(rèn)知。

（二）將交互信息進(jìn)行模型建立分析和數(shù)字化處理。

（三）將分析結(jié)果進(jìn)行處理對比學(xué)習(xí)從而達(dá)到正確的理解。

（四）將計(jì)算機(jī)所獲取和轉(zhuǎn)化的信息通過有效的方式呈現(xiàn)在用戶面前，從而完成人機(jī)情感交互的全過程。

通過上述步驟可以總結(jié)出，情感計(jì)算的內(nèi)容可分為以下幾部分：用戶信號的提取，用戶信號的識(shí)別和轉(zhuǎn)化，機(jī)器將理解到的東西反饋給用戶。

針對用戶信號的獲取，現(xiàn)代科技主要通過傳感器進(jìn)行設(shè)備輸入的采集，例如面部神態(tài)的獲取，手勢變換的動(dòng)作，此類動(dòng)作在科學(xué)上被稱作特征提取。除此以外人體的各方面指標(biāo)諸如脈搏、血壓、瞳孔大小等都被機(jī)器進(jìn)行情感化的記錄識(shí)別和理解。用戶信號的識(shí)別和轉(zhuǎn)化的具體工作就是對信息進(jìn)行處理加工，從而達(dá)到易于算法測算的要求。情感信號的表達(dá)就是將上述理解的內(nèi)容再次反饋給用戶，進(jìn)行人機(jī)交互。在這四個(gè)方面的研究中情感的識(shí)別和轉(zhuǎn)化是目前的關(guān)鍵部分，也是當(dāng)今情感計(jì)算的瓶頸和難點(diǎn)所在。

三、情感模型的描述語言

智能型計(jì)算特性大多采用普遍的分布式計(jì)算模型，這一特性直接導(dǎo)致其環(huán)境數(shù)據(jù)的來源廣泛，而通過系統(tǒng)推導(dǎo)所得出的情感模塊，也應(yīng)通過聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化到其他感興趣的板塊。所以，通過怎樣的方法建造出外顯的情感模型描述語言，并借助適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)把用戶的個(gè)性情感完整高效地傳遞，是情感計(jì)算的重點(diǎn)所在。以當(dāng)下的技術(shù)能力，大多數(shù)情感語言都成為虛擬用戶描述語言的一分子，下面通過集中包含情感標(biāo)記的人體描述語言例子作一個(gè)進(jìn)一步的闡述。

AML（Avatar Markup Language）是一種基于XML的多形式腳本語言，此腳本的可貴之處在于易于解讀，也易于接觸軟件生成。AML語言可通過算法的整合將面部表情動(dòng)畫和手勢動(dòng)畫并存于一個(gè)附加的同步化表達(dá)式中。以MPEG4標(biāo)準(zhǔn)為例，將面部和人體的動(dòng)畫參數(shù)進(jìn)行了新方向的識(shí)別。然而卻未對用戶的更深層次交互控制技巧進(jìn)行進(jìn)一步挖掘。當(dāng)系統(tǒng)處于此環(huán)境時(shí)，也正是體現(xiàn)中介層價(jià)值觀的時(shí)候。

PAR（參數(shù)化行為表示）參數(shù)化行為表示認(rèn)同這樣一個(gè)觀點(diǎn)：要表述一個(gè)行為，必須要先知道其行為所構(gòu)成的要素。行為要素是一個(gè)行為的基礎(chǔ)構(gòu)成，理解了行為要素的特征就能很好地表述一個(gè)行為的認(rèn)知度和操作性，從而能理解行為更為本質(zhì)的特征。同時(shí)也給出了行為的主要語義組成和行為的時(shí)間信息，從而既能夠憑借語義對行為分類，也為行為推理的實(shí)現(xiàn)提供了很大的便捷。

四、情感計(jì)算在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）交互界面設(shè)計(jì)

對情感計(jì)算的研究成果也有對人機(jī)界面的整合優(yōu)化有不小的幫助，使界面更具有人性化且更加實(shí)用有效。而實(shí)現(xiàn)有效交流與溝通這些目標(biāo)在很大程度上是由于心理學(xué)和對用戶情感的認(rèn)知所決定的，對心理和智能情感研究能推動(dòng)情感交互的實(shí)現(xiàn)。首先最重要的一點(diǎn)就是我們要搞清我們與周圍環(huán)境進(jìn)行感知的途徑：即用戶產(chǎn)生情感的源頭以及目的是什么。用戶究竟會(huì)對什么樣的行為作出什么樣的反應(yīng)，從而幫助計(jì)算機(jī)正確認(rèn)知環(huán)境，理解人類不同情感的想法，并給出合理的反饋。由此可以看出，人機(jī)界面的關(guān)鍵在于其智能化是較高的認(rèn)知思維能力和較高的情緒思維能力的結(jié)合。兼顧好這兩點(diǎn)便能很好地解決人機(jī)交互中對用戶情感認(rèn)知的難題，使用戶的情感意圖更容易被計(jì)算機(jī)所理解接受。以語音端口為例，將語速調(diào)整為易于用戶識(shí)別的相關(guān)信號時(shí)，能很好地吸引用戶的注意力，這對用戶的閱讀和人機(jī)交互是有極為明顯的幫助的。而相對緩和的環(huán)境，語速恰如其分的更換也能很好地幫助用戶自然而然地進(jìn)入計(jì)算機(jī)營造的舒緩安靜的情感狀態(tài)。

（二）人機(jī)接口設(shè)計(jì)

心理學(xué)分支上人類表達(dá)情感的方式主要分為語言、神態(tài)、肢體語言等。就目前的科學(xué)技術(shù)水平，將人類情感進(jìn)行準(zhǔn)確地辨別分類仍然不是易事。機(jī)器往往在兩個(gè)相似表達(dá)方法之中會(huì)喪失自主選擇性，分辨率大致保持在75%上下。針對這一情況，建立多重模型進(jìn)行分辨率的多層次解讀是一個(gè)很值得深入研究的方向。然而，情感測算的最終目的還是為了更為有效地了解用戶對于環(huán)境做出認(rèn)知和反應(yīng)的意向。因此能否進(jìn)行情感的辨別分類也不是最必要的流程，最主要的流程在于要根據(jù)算法的特征，檢測出使用情形的感情狀態(tài)，并將此情感狀態(tài)進(jìn)行人機(jī)對接植入一比一的相應(yīng)程序中，這也是目前科學(xué)界普遍采用并且值得深入探討的做法。比如可以設(shè)置一種“情感鼠標(biāo)”，該鼠標(biāo)能夠有效測試使用者的脈搏，想要實(shí)現(xiàn)這一功能，可以通過應(yīng)用紅外線偵測技術(shù)。同時(shí)還能夠有效檢測使用者的體溫，這一功能可以通過熱感應(yīng)芯片量取來實(shí)現(xiàn)，通過對使用者的皮膚流電變化進(jìn)行量取，從而有效了解用戶的情緒變化。鼠標(biāo)可識(shí)別六種狀態(tài)情緒，包括生氣、害怕、悲傷、厭煩、高興、驚奇等。鼠標(biāo)通過對這些情緒進(jìn)行有效的感測，然后將相應(yīng)的信息反饋給系統(tǒng)，為系統(tǒng)做出判斷提供必要的依據(jù)。

另外，該鼠標(biāo)還能夠?qū)佑|了鼠標(biāo)的使用者的心跳頻率、手部的溫度、皮膚的導(dǎo)電性等生理信息進(jìn)行感測。同時(shí)使用者的使用行為的不同也能夠表達(dá)出不同的信息，此時(shí)鼠標(biāo)就可以處理不同的信息，如鼠標(biāo)的移動(dòng)、點(diǎn)按鍵的頻率、手指的姿勢信息等，都能夠應(yīng)用在智能型情感界面上，進(jìn)而提出有效的表達(dá)方式，提高使用者的學(xué)習(xí)興趣。

（三）人機(jī)界面設(shè)計(jì)

情感計(jì)算能夠被有效應(yīng)用到一般的人機(jī)界面的設(shè)計(jì)上，從而極大地提升其應(yīng)用效果。而想要達(dá)到和諧的智能化人機(jī)界面，就需要對其溝通能力進(jìn)行研究，要了解其特征，主要包括有自然溝通、主動(dòng)溝通和有效溝通，而想要有效實(shí)現(xiàn)這些特征，就需要充分地利用心理學(xué)以及認(rèn)知科學(xué)的信息，然后同計(jì)算機(jī)科學(xué)加以整合。在這種背景下，人機(jī)界面想要實(shí)現(xiàn)智能化，一方面需要有非常高的認(rèn)知智力，一方面也應(yīng)該要有非常高的情緒智力，這樣才能非常有效地解決人機(jī)交互中的情境感知問題、情感與意圖的產(chǎn)生與理解問題，以及反應(yīng)應(yīng)對問題。在設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面時(shí)，計(jì)算機(jī)需要對需要的信息進(jìn)行快速捕捉，能夠有效發(fā)覺人的情感變化，并且形成有效的預(yù)期且進(jìn)行必要的調(diào)整，進(jìn)而有效做出反應(yīng)。在此過程中，可以有效建模，建模對象為不同類型的用戶，可以對操作方式、表情特點(diǎn)、態(tài)度喜好、認(rèn)知風(fēng)格、知識(shí)背景等內(nèi)容進(jìn)行建模，在此背景下能夠很好地識(shí)別用戶的情感狀態(tài)。同時(shí)在有效應(yīng)用線索的前提下，選擇適合用戶要求的模型，比如可以有效建立用戶模型來提供有效的信息預(yù)期，然后可以利用有效的類型用戶呈現(xiàn)出相應(yīng)的信息（例如呈現(xiàn)方式、操作方式以及與知識(shí)背景有關(guān)的決策支持等）。不僅如此，在對當(dāng)前的操作做出即時(shí)反饋的同時(shí)，還需要形成新的預(yù)期，預(yù)期的對象為情感變化背后的意圖，且需要有效激活相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，及時(shí)主動(dòng)地提供用戶需要的新信息。從而有效地提升系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

（四）智能代理人

智能型教學(xué)代理想法的提出，有效地幫助使用者更好地與普通的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)狀況的交互，從而生成更為有效的表達(dá)模式，提升用戶的學(xué)習(xí)熱情。根據(jù)模塊細(xì)分，代理人可分為溝通者、分析者和教學(xué)者。溝通者的主要任務(wù)便是對問題的特征進(jìn)行盤查、詢問、診斷和記錄。再往下細(xì)分，溝通者也能通過對代理人的詢問、診斷和記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲得，由此取得與學(xué)習(xí)者交互的方式及畫面。分析者分為數(shù)據(jù)查核代理人、評價(jià)檢查代理人及學(xué)習(xí)檢查代理人，經(jīng)詢問、診斷及記錄代理人取得的數(shù)據(jù)，由分析者進(jìn)行分析。分析后，分別將結(jié)果儲(chǔ)存于學(xué)生模塊基本數(shù)據(jù)庫、學(xué)習(xí)成就數(shù)據(jù)庫及學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫。

五、情感計(jì)算的延伸應(yīng)用

情感計(jì)算及其相關(guān)研究對電子商務(wù)的發(fā)展也有較為明顯的推動(dòng)作用。實(shí)踐表明，圖片的差異能引起人類不同的情感認(rèn)知。例如：老虎、蟑螂、子彈之類的圖像較容易引起用戶的恐懼心理，而印有大量人民幣的圖片則會(huì)讓人類產(chǎn)生十分強(qiáng)烈的欲望反應(yīng)。將此特征應(yīng)用到電子商務(wù)的模式中，比如在大型線上購物網(wǎng)站上充分地考慮這些因素所帶來的人類情感認(rèn)知變化，能很好地控制用戶流量，某種程度甚至能影響用戶的操作，起到一個(gè)統(tǒng)籌全局的作用。在現(xiàn)代化電器和智能設(shè)備的設(shè)計(jì)中，若也能恰如其分地加入人類情緒狀態(tài)這一因素，能幫助用戶更好地進(jìn)行對設(shè)備的使用。信息檢索方面，通過對情感的概念分析，能夠有效提高信息檢索的準(zhǔn)確度和效率。針對時(shí)下十分流行的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，情感計(jì)算能很好地幫助用戶解決情感流失問題，吸引學(xué)習(xí)者的眼球，達(dá)到更好的教學(xué)效果。通過各種方式的情感交互技巧，幫助用戶構(gòu)建更加貼近生活的場景和智能空間。除此之外，情感計(jì)算也可深入機(jī)械設(shè)計(jì)、智能玩具、網(wǎng)絡(luò)游戲等眾多領(lǐng)域，為更加人性的服務(wù)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

六、總結(jié)

總的來說，情感計(jì)算還是作為一個(gè)多方向多層次的新交互領(lǐng)域。要進(jìn)行此項(xiàng)目的研究就要涉及諸如物理傳感、哲學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳播媒介等技術(shù)。但最終目的仍然只有一個(gè)——讓計(jì)算機(jī)能夠更加智能化的讀懂人類的情感語言，并對相應(yīng)的語言做出反饋以調(diào)節(jié)人的情感方向。為了實(shí)現(xiàn)這一最終目的，很多尚未解決的科學(xué)難題仍是絆腳石。換個(gè)角度說，智能信息化時(shí)代的到來推動(dòng)了人類對人機(jī)交互情感智能化的研究，而這也是未來研究的一個(gè)大方向大趨勢。情感作為人們心理活動(dòng)的主要內(nèi)容之一，仍然有很多未解之謎，人類無法認(rèn)知。但唯一可以確定的便是，通過情感計(jì)算從而延伸開來的科研成果必然將對人類日后的發(fā)展產(chǎn)生廣泛的影響。

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【管悅，南京郵電大學(xué)傳媒與藝術(shù)學(xué)院】