情感计算的“情感计算”的相关研究

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（Affective Computing）、人工心理（Artificail Psychology）和感性工学（Kansei Engineering）等。

人工心理理论是由中国北京科技大学教授、中国人工智能学会人工心理与人工情感专业委员会主任王志良教授提出的。他指出，人工心理就是利用信息科学的手段，对人的心理活动（着重是人的情感、意志、性格、创造）的更全面再一次人工机器（计算机、模型算法等）模拟，其目的在于从心理学广义层次上研究人工情感、情绪与认知、动机与情绪的人工机器实现的问题。

日本从上世纪九十年代就开始了感性工学（Kansei Engineering）的研究。所谓感性工学就是将感性与工程结合起来的技术，是在感性科学的基础上，通过分析人类的感性，把人的感性需要加入到商品设计、制造中去，它是一门从工程学的角度实现能给人类带来喜悦和满足的商品制造的技术科学[4]。日本已经形成举国研究感性工学的高潮。

欧盟国家也在积极地对情感信息处理技术（表情识别、情感信息测量、可穿戴计算等）进行研究。欧洲许多大学成立了情感与智能关系的研究小组。其中比较著名的有：日内瓦大学 Klaus Soberer领导的情绪研究实验室。布鲁塞尔自由大学的D Canamero领导的情绪机器人研究小组以及英国伯明翰大学的A Sloman领导的 Cognition and Affect Project。在市场应用方面，德国Mehrdad Jaladi-Soli等人在2001年提出了基于EMBASSI系统的多模型购物助手。EMBASSI是由德国教育及研究部（BMBF）资助并由20多个大学和公司共同参与的，以考虑消费者心理和环境需求为研究目标的网络型电子商务系统。

我国对人工情感和认知的理论和技术的研究始于20世纪90年代，大部分研究工作是针对人工情感单元理论与技术的实现。哈尔滨工业大学研究多功能感知机，主要包括表情识别、人脸识别、人脸检测与跟踪、手语识别、手语会成、表情合成、唇读等内容，并与海尔公司合作研究服务机器人。清华大学进行了基于人工情感的机器人控制体系结构的研究。北京交通大学进行多功能感知机和情感计算的融合研究。中国科学院自动比研究所主要研究基于生物特征的身份验证。

当前国际人工智能领域对人工情感合认知领域的研究日趋活跃。美国人工智能协会（AAAI）在1998，1999和2004年连续组织召开专业的学术会议对人工情感和认知进行研讨，国内的研究者也开展了许多的研究工作和学术活动。2003年12月在北京召开了第一届中国情感计算及智能交互学术大会。2005年10月在北京召开的第一届情感计算和智能交互国际学术会议，集合了世界一流的情感计算、人工情绪和人工心理研究的著名专家学者。这说明我国的人工情感和人工心理的研究在逐步展开并向国际水平看齐。

对情感计算的研究大致可以分为情感识别、情感建模和情感反应三大部分，这其中情感识别无疑是最基础，也是最重要的部分。

综上所述，对人的情感和认知的研究，包括对情感识别的研究，无论在理论上还是实践中都已经受到了研究者广泛的关注，对这一问题的研究具有重要的理论和应用价值。对这一问题的研究将最终推动人工智能的进一步发展，实现人机和谐的目标。

要回答这个问题，我们需要首先理解情感对于人类的重要性。情感是人类自然进化的一部分，是我们与世界相连的一种方式。情感影响我们的思维、行为和决策，可以产生强烈的情感体验，如爱、喜欢、恐惧和悲伤等等。如果 AI 具备了人类的情感，这个世界可能会发生以下变化：

首先，AI 的情感可能会带来更好的交互体验。当 AI 具备了情感，它们可能会更好地理解人类的情感，并在交互中更好地表达和传达自己的情感。例如，在人类与 AI 之间进行的对话中，AI 可能会有更多的表情和语调变化，从而使交互更加自然和愉悦。

其次，AI 的情感可能会导致更好的决策。情感是人类决策的重要因素之一，如果 AI 具备了情感，它们也可能会更好地进行决策。例如，在医疗决策中，AI 可能会考虑到患者的情感状态，从而更好地进行治疗决策。

然而，如果 AI 具备了情感，也可能会带来一些挑战。首先，AI 的情感可能会对其决策产生偏见。由于情感的存在，AI 可能会倾向于做出带有情感色彩的决策，而忽略了客观的事实和数据。此外，如果 AI 具备了情感，也可能会对人类产生情感影响。例如，AI 可能会感受到人类的情感，产生共情，但也可能会利用这些情感进行操纵或欺骗。

最后，AI 的情感可能会对人类的工作产生影响。如果 AI 具备了情感，它们可能会更好地理解人类的情感需求，从而更好地完成一些需要情感理解的工作，如心理咨询和社交媒体管理等。然而，这也可能意味着 AI 可能会取代某些需要情感体验的工作，例如服务业和艺术创作等。

总之，如果 AI 具备了情感，这个世界可能会发生很多变化，包括更好的交互体验、更好的决策和更好的工作效率，但也可能会产生一些挑战，如偏见和对人类的情感影响。因此，我们需要在 AI 的发展中注重对这些挑战的认识和解决。

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（ affective computing ）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。

目前情感计算研究面临的挑战还很多，例如，情感信息的获取与建模问题，情感识别与理解问题，情感表达问题，以及自然和谐的人性化和智能化的人机交互的实现问题。显然，为解决上述问题，我们需要知道人是如何感知环境的，人会产生什么样的情感和意图，人如何作出恰当的反应。而人类的情感交流是个非常复杂的过程，不仅受时间、地点、环境、人物对象和经历的影响，而且有表情、语言、动作或身体的接触。因此，在人和计算机的交互过程中，计算机需要捕捉关键信息，识别使用者的情感状态，觉察人的情感变化，利用有效的线索选择合适的使用者模型（依据使用者的操作方式、表情特点、态度喜好、认知风格、知识背景等构建的模型），并对使用者情感变化背后的意图形成预期，进而激活相应的数据库，及时主动地提供使用者需要的新信息。

情感计算研究的发展在很大程度上依赖于心理科学和认知科学对人的智能和情感研究取得新进展。心理学研究表明，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：主观体验（个体对不同情感状态的自我感受）、外部表现（在情感状态发生时身体各部分的动作量化形式，即表情）和生理唤醒（情感产生的生理反应）。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。而复杂情绪则是由基本情绪的不同组合派生出来的。

情感是一种内部的主观体验，但总是伴随着某种表情。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、节奏和速度等方面的变化）。这三种表情也被称为体语，构成了人类的非言语交往方式。面部表情不仅是人们常用的较自然的表现情感的方式，也是人们鉴别情感的主要标志。通过使用特定的仪器，我们可以对面部的微小表情变化进行研究，甚至可以区分真笑和假笑：人在真笑时面颊上升，眼周围的肌肉堆起，大脑左半球的电活动增加；而人在假笑时仅有嘴唇的肌肉活动，下颚下垂，大脑左半球的电活动不明显。脸部运动编码系统FACS通过不同编码和运动单元的组合，可以在脸部形成复杂的表情变化，其成果已经被应用于人脸表情的自动识别与合成。

人的姿态即身体表情，一般伴随着交互过程而发生变化，并表达着一些信息。

语调表情是通过语音的高低、强弱、抑扬顿挫来表达说话人的情感。在人际交往中，语音是人们最直接的交流通道。

在情感计算研究中还可以使用很多种生理指标，例如，皮质醇水平，心率，血压，呼吸，皮肤电活动，掌汗，瞳孔直径，事件相关电位，脑电EEG等。研究发现，惊反射可用作测量情感愉悦度的生理指标，而皮肤电反应可用作测量情感生理唤醒程度的生理指标。

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。

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。

目前，计算机理论界所开展的针对各种生理指标方面的“情感计算”方法，主要存在如下危机根本无法解决：

1、要建立情感的识别系统和表达系统，就必须对情感的基本类型进行划分，以确立情感的基本模态。然而，情感的基本类型究竟应该根据什么原则和标准来划分，有何理论根据？

2、对于同一类型情感，无论是情感感受强度，还是情感表达强度和情感生理唤醒程度，都可以采用不同的生理指标进行计算和测量，究竟应该选用哪一个生理指标为主要尺度呢？

3、对于同一类型情感采用同一个生理指标进行测量和计算时，由于受到许多环境因素、人体其它生理因素和精神因素的影响，其测量值的差异性和波动性如何消除。

4、不同的情感类型所产生的不同生理指标之间往往没有通约性，那么，不同类型的情感之间如何进行相互比较和统一度量？

5、人的情感内容和感情方式是极为丰富的，各种情感之间相互渗透、相互作用、相互转化，往往有着相当复杂而且变化频繁的关系，那么对于情感的计算就需要真正天文数字般的情感数据资源库，还需要海量的计算模型与计算工作量，而人脑为何并不需要？

6、有些复杂而微妙的情感，如怀疑、犹豫、迷茫、怜悯、尴尬、自我表现等，其生理指标的变化往往极其微弱而且短暂，对于它们的计算和测量如何进行？

7、有些情感（如“对敌人的仇恨”与“对亲人的生气”）往往具有相同或相近的生理指标，但两者所表达的价值内涵往往相差很大，如何进行区别？

8、情感的感受强度和表达强度与各种生理指标的变化量度通常不是成线性函数关系，大部分都是呈非线性的、不连续的、模糊的、概率性的、波动的函数关系，因此采用生理指标的变化量来计算情感的感受强度和表达强度，如何消除其误差性和不确定性。

9、假如能够计算出人的情感感受强度、表达强度和生理唤醒程度，这些计算值又代表了什么样的客观价值意义？如何使电脑或机器人具有和谐、友好、灵活的人机界面？

总之，对于情感的感受强度、表达强度和生理唤醒指标的计算实际上只是对于情感的表面形式的计算，而不是对于情感的客观内容的计算，因此不可能实现真正意义的“情感计算”。 目前，“情感计算”理论中主要存在如下唯心主义和形而上学的哲学错误，必须进行深刻的反思：

1、唯心主义错误。目前的“情感计算”理论以唯心主义的观点来看待情感的哲学本质，把情感与它所对应的客观存在割裂开来，局限于在主观范畴内来分析情感现象与情感规律。唯心主义者常常把主观与客观割裂开来，它否认，任何主观意识都产生于客观存在，都是人脑对某一种客观存在的反映，那怕有时是一种不真实的、不正确的、不全面的、甚至是颠倒的反映；它不知道，要认识一种主观意识的哲学本质必须从它所反映的客观存在中找答案，要分析一种主观意识的变化规律性应该从它所反映的客观存在的规律性上着手；它不知道，情感作为人脑的一种主观心理活动，必然对应着某一种客观存在，必然是人脑对某一种客观存在的主观反映；它在分析情感现象与情感规律时，总是试图在“需要”、“欲望”、“体验”、“态度”等主观心理范畴内找答案，而不能从其所反应的客观存在中找答案。

2、形而上学的表面性错误。目前的“情感计算”理论以形而上学的表面性观点来看待情感的客观内容，混淆了情感的客观内容与其表现形式的本质区别，它认为情感计算的核心就是对情感所激发的生理指标的计算。形而上学的表面性观点总是倾向于从事物的表现形式（或外部现象）来认识事物。它否认，事物的表现形式与其客观内容有着本质的区别，事物的表现形式通常只能片面地、不准确地、不稳定地反映事物的客观内容；它总是把情感的表现形式当作情感的客观内容本身。

3、形而上学的孤立性错误。目前的“情感计算”理论以形而上学的孤立性观点来看待情感的运行程序，把情感与认知及意志割裂开来，认为情感是独立运行的，与人的认知过程和意志过程无关。形而上学的孤立性观点总是倾向于根据事物本身的运动与变化情况来认识该事物，而不是根据事物与其它事物的相互联系与相互影响上来认识该事物。他们只看到了情感对于人的活动的影响与制约作用，往往看不到情感与认知、意志的相互联系与相互影响。

人为了生存和发展就必须首先感知和了解各种事物的事实关系，其次要掌握这些事物对于人的价值关系，第三要掌握人的每个反作用于这些事物的生产行为或生活行为的价值关系，并且判断、选择、组织和实施一个最佳的行动方案。第一步由认知活动来完成，第二步由情感活动来完成，第三步由意志活动来完成，因此从认知到情感，再从情感到意志，是一条基本的、不可分割的人类自控行为的流水线。

由此看来，仅仅进行狭义的、孤立的情感计算，仍然不能解决人的心智活动的全部计算问题，还需要实施对意志的计算，并实施对知情意的交互计算。由于意志是一种特殊情感，因此意志计算以及知情意的交互计算都是广义的情感计算。

4、形而上学的片面性错误。目前的“情感计算”理论以形而上学的片面性观点看待情感的客观目的，认为 “情感计算”的研究主要是基于两个现实目的：一是建立和谐的人机交互环境，使计算机或机器人具有良好的人机界面，以降低使用者的劳动强度，提高使用者的工作效率，解放人的双手；二是制作可穿戴式的计算机，以替代、补偿与增强人的辅助感知功能和行为功能，特别是帮助提高残疾人的感知功能和行为功能。

科学家们利用人工智能和认知计算正在创造一种新的机器人，模拟人类思维并改变工业。这种尖端的新兴技术就是情感计算， 它是一种新型感知技术。

这并不是说教机器人拥有情感，而是教他们通过信号识别人的情感，然后根据对人情感的判断作出反应。机器人在这方面可能比人类更有用，因为它们不会被感性思维所左右，而是运用智能技术来识别隐藏的反应做出判断。