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中 華 大 學

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Academic year: 2022

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(1)

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目:SO-EM:情感機器人之六一情緒模型

SO-EM:The Six-One Emotional Model for Affective Robot

系 所 別:電機工程學系碩士班 學號姓名:M09501038 范 智 浩 指導教授:謝 焸 家 博士 陳 竹 一 博士

中華民國 九十七 年 八 月

(2)

摘要 摘要 摘要 摘要

本論文提出了情感機器人之「六一情緒模型」(Six-One Emotional Model, SO-EM),模擬人類基本的情緒自主狀態,各種情緒都可以以 量化的方式表示,並建立一套情緒與表情的相對應關係,隨著內部情 緒之轉變,進而表示出表情之變化。在「六一情緒模型」的情緒狀態 轉變過程中,現在的情緒會影響下一刻的情緒變化,現在的心情也會 影響下一刻的情緒變化。除此之外,外在刺激和人格特質在「六一情 緒模型」中,相同的外在刺激在不同的人格特質之下,對於情緒的影 響又會不同,使得情緒的轉變呈現多種不同的面向。

(3)

Abstract

In this thesis, an advanced Six-One Emotional Model (SO-EM) for affective robots is proposed to simulate the basic emotional state of human being, where all kinds of emotions are expressed in a numerical form. An emotional state is able to change spontaneously to another and it is mapping to a corresponding emotional expression. In the Six-One Emotional Model, the present emotion is set to be affected by the previous one and the internal/external stimulus. The present mood also can slightly affect next second emotion change. In addition, the external stimulus through the personality traits in the Six-One Emotional Model can generate the different impact to the emotion.

(4)

致謝 致謝 致謝 致謝

本篇論文能順利完成,首先要感謝謝焸家老師及陳竹一老師在我 就讀研究所期間的提點與琢磨,不僅在研究上給予本人很多的啟發,

並在學習過程中不斷的給予我鼓勵與實質的建議。

另外要特別感謝口試委員黃雅軒教授及辛錫進教授在百忙之中 能抽空指導並給予寶貴的建議。

同時也要感謝嘉文、律佐、柏宗、麗君學長姐在我研究所生涯的 引導,感謝我的同學法乾、音傑在我低潮的時刻給予我莫大的鼓勵與 陪伴,還有文傑、華祥的相互砥礪,再感謝睿群、依婷、青洲、煥呈、

拓為、珮儀、孟穎等學弟多方的協助。

最後要感謝辛苦栽培我的父母,謝謝你們無怨無悔的付出以及支 持,使我心無旁騖的進行研究,還有兄姊對於我就讀研究所期間的支 持與鼓勵,使我能順利完成碩士學位。最後僅將我的成果與喜悅獻給 我親愛的家人及所有愛護我的老師、同學及朋友們。

范智浩 謹致

(5)

目錄 目錄 目錄 目錄

摘要... I Abstract ...II 致謝...II 目錄... IV 圖目錄... VI

第 1 章 緒論 ... 1

第 2 章 情感機器人之內在反應 ... 7

2.1 情感機器人之情緒 ... 8

2.2 情感機器人之人格 ... 11

2.3 情感機器人之刺激事件 ... 13

第 3 章 六一情緒模型之解析 ... 14

3.1 六一情緒模型情緒轉換運算 ... 16

3.2 六一情緒模型心情轉換運算 ... 18

3.3 六一情緒模型表情轉換運算 ... 20

第 4 章 六一情緒模型之實現 ... 21

4.1 六一情緒模型軟體程式 ... 22

4.1.1 心情及情緒量值區塊 ... 23

4.1.2 表情動作區塊 ... 24

(6)

4.1.3 人格特質區塊 ... 25

4.1.4 刺激事件區塊 ... 26

4.2 六一情緒模型之應用 ... 27

第 5 章 結語 ... 30

5.1 具體成果 ... 30

5.2 未來可發展之方向 ... 30

參考文獻... 32

(7)

圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄

圖 2-1 情感機器人 Active Human Interface(AHI)架構[4] ... 7

圖 2-2 人與人溝通管道比例[4]... 8

圖 2-3 六個基本情緒量值表 ... 10

圖 2-4 六一基本情緒量值表(ISBE)... 10

圖 2-5 H. J. Eysenck personality theory (1965) [5]... 12

圖 3-1 情感機器人之單一情緒行為層級架構 ... 14

圖 3-2 情感機器人之情緒人格層級架構 ... 15

圖 3-3 The description of emotional state transition ... 17

圖 3-4 六一情緒模型的人格量值表 ... 18

圖 3-5 The description of mood state transition ... 19

圖 3-6 Sketch of facial expression ... 20

圖 4-1 情感機器人的外在刺激、內在反應、表情 ... 21

圖 4-2 情緒量值區塊 ... 23

圖 4-3 心情量值區塊 ... 23

圖 4-4 臉部表情區塊 ... 24

圖 4-5 人格特質區塊 ... 25

圖 4-6 刺激事件區塊 ... 26

(8)

圖 4-8 學習九九乘法機器人流程圖 ... 28 圖 4-9 學習九九乘法機器人使用者環境 ... 28 圖 4-10 猜拳機器人軟體介面 ... 29

(9)

第 第 第

第 1 章 章 章 緒論 章 緒論 緒論 緒論

隨著現代科技逐漸發展再加上知識工程化與人工智慧的高度開 發,機器人技術已被廣泛應用於人類社會各領域,與我們日常生活互 動越來越密切。在2007年Scientific American《科學人》雜誌第60期中,

比爾.蓋茲向世界預言:「在未來,家家都有機器人!」,現在的機 器人被廣泛定義為凡是具有智慧性、自發行為,可以解決問題的軟、

硬體,皆可稱之。目前機器人於各領域的應用:資訊服務方面,擔任 網頁導航、篩選資訊等工作;在教育方面,可作為虛擬的教師、虛擬 的學習夥伴…等皆可稱之為機器人。[7]

人類文明的結晶可以分成人文和科技方面這兩大類。在人類五千 年的歷史中,人文方面的文明一直扮演著很重要的角色,可是近幾百 年來,科技文明顯然已經越來越重要,我們幾乎可以說,人類重大事 件的發展,都與科技發展有著密切的關係。所以,科技與人文應是相 輔相成,不該是強行區分為二的兩條平行線。[7]

情感機器人不在於智能否有任何情感,而在於機器實現智能時怎 麼能夠沒有情感,情感計算是指對與情緒有關的,由情緒引發的,或 是能夠影響情緒的原素的組織計算。[4]

一方面,目前的人工智慧水準已經達到了一個空前的高度,許多

(10)

方面已經大大超過了人腦,可供進一步發展的空間已經越來越狹小,

人們急需尋找一個新的突破口,渴望新的重大飛躍。情感是人類意識 的重要組成部分,是認識世界、反映世界的特殊模式,在人類生存和 發展過程中,往往起著比智能更為重要的作用,知、情、意是人類三 種基本的心理功能,分別是對三種不同性質事物的主觀反映,共同構 成了人的心智活動的基本內容。隨著人工智慧技術不斷朝著人的心智 領域的深入發展,就必然會推展人工情感技術的深入發展,進而又會 反過來強有力地推展人工智慧技術的新飛躍。[4]

另一方面,隨著社會生產力水準的不斷提升,人們要求機器人能 夠替代和輔助人類從事越來越廣泛、越來越複雜的工作,並要求具有 越來越和諧而友好的人機界面,在越來越多的方面能夠替代、補償和 加強人的感知功能、思惟功能和行為功能,這就必然地要求機器人具 有越來越強的情感表達、情感識別和情感理解能力,從而產生了對於 人工情感技術越來越強烈需要。[4]

慾望、情感和意志是具有主體意識的人類本身專有的,一旦它們 脫離人就不存在了或者說變成假的了,情感只有是真時才能起作用,

不可想像一台機器會自發地產生那些根本不屬於它的特性;情感是不 能製造的,類比永遠是假的;情感與人的社會性需求密切相關,電腦 不具有任何社會性需求,因而不可能具有真正的情感,具有人類情感

(11)

的電腦就像永動機一樣永遠不會實現,除非它具有獨立意志。這種觀 點把人的智能與情感的區別絕對化了,被情感的多變性、模糊性、主 觀隨意性所迷惑,把情感看作是神祕而深不可測的東西。[4]

人類思惟是一個巨大的系統工程,其基本的流程至今還沒有完全 研究清楚,很多內容甚至不能用語言表達,但肯定不會像二進制那樣 簡單。人腦含有大約1000億個神經元,每個神經元還有大約1萬 個連接,在如此複雜且高效的系統中,訊息的處理遠非人類想像得那 麼簡單,情感型電腦對硬體和軟體有著極為特殊的要求,人類目前的 技術手段和思惟高度遠沒有達到要求,對情感進行計算幾乎是不可能 的,即使能夠部分做到,也將會付出高昂的代價,目前的人機交互技 術水準已經基本滿足了人們的要求,指望某一種技術使得智能化或是 交互形式在便捷性上有巨大的發展,基本上是不現實的,也是沒有必 要的。人的情感思惟與電腦的智能思惟是兩種完全不同的思惟模式,

電腦的最基本構成是處理器、內存和匯流排架構,它們只能對電路的 開關作出回應和發生作用,這就決定了電腦的“思惟”模式的有限性;

電腦不存在意識,沒有心理平衡問題,無法建立主體價值觀,不能自 動對所有的感受進行過濾,以便處理有用和必要的事情;人腦絕不是 單純處理0和1的裝置,它直接接受和處理類比信號,它的記憶是經驗 塊堆的建立、關聯和組合,如果電腦實現人腦功能,它必須在架構和

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工作機理上徹底翻新;人不會製造完美,大自然則能,人腦是目前物 質的最高實現形式,人類只能實現人腦與電腦的交互,根本不可能製 造具有真正的人腦思惟模式的電腦;人是感性和理性的矛盾統一體,

未來電腦可以讓我們的社會數字化,但我們卻難以讓它感性化。總 之,電腦距我們人腦還有遙遠的距離,中間似乎隔著許多不可逾越的 鴻溝。事實上,情感是智能的一部分,而不是與智能相分離的,情感 與智能既存在著密切的聯繫,又存在著一些重要的差異;我們既不要 把情感簡單地與智能混為一談,也不能把這種差別絕對化、神祕化;

既要看到實現情感計算的艱難性,也要看到實現情感計算的必然性。

把人的情感分為六種基本類型︰快樂、害怕、悲傷、憤怒、驚訝 和厭惡,其它情感都是由此派生出來的,這種劃分方法缺乏理論依 據;對于情感的測量與計算,缺乏理論前提、邏輯法則、計算方法與 計算尺度。總之,心理學對於情感計算不能提供公理性、精確性和系 統性的理論支持。[4]

人在操作使用機器人時,如果機器人能夠對人的面部表情、自然 語言、身體姿態及對鍵盤和滑鼠的使用特徵等進行觀察,以識別和理 解人的情感,並透過圖像、文字、語音等做出智能而友好的回應,產 生生動而真實的使用環境,幫助使用者獲得高效而親切的感覺,形成 自然而親切的交互,營造真正和諧的人機環境。機器人對不同性格利

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益相關性、價值取向、情感特徵、個人愛好和專業特長等做出不同的 回應,也有利於使用者掌握其性格脾氣和功能特性,有利於在智能玩 具和遊戲中構築擬人化的風格和更加逼真的場景。還可以透過對不同 類型的用戶建模(如操作模式、表情特點、態度喜好、認知風格、知 識背景等),以識別用戶的情感狀態,並以適合的模式呈現訊息,在 對當前的操作作出即時回饋的同時,還要對情感變化背後的意圖形成 新的預期,並激活相應的數據庫,及時主動地提供用戶需要的新訊 息。[4]

將情感注入機器人具有十分重要的意義,它使電腦向人腦的方向 邁進了一大步,大大增強其使用功能,擴展了其應用範圍。如果機器 人具有與人一樣的情感和意志,就能夠在複雜的環境條件下,了解和 猜測主人的價值取向、主觀意圖和決策思路,靈活性、積極地、創造 性地進行活動,使其營運過程具有更明確的目標性、更高的主動性和 更強的創造性,圓滿完成主人交給的各種複雜的工作任務,從而在更 大的工作範圍取代人。屆時,從純邏輯的角度來看,人與機器人就再 沒有任何根本性差異了,這將是人工智慧技術的一次重大飛躍,無疑 會產生巨大的經濟效益和社會效益。[4]

然而,科學的發展沒有禁區,世界上也沒有不能認識的事物。應 該相信,既然我們能夠實現一般思惟的數字化,同樣可以實現情感的

(14)

數字化,只要我們能夠認識情感的客觀本質,抓住情感的中心線索,

看似複雜而神祕的問題,就會變得十分簡單。[4]

本論文的第二章對於如何將心理學實現於情感機器人的內在反 應的敘述有簡單的介紹。第三章介紹情感機器人的六一情緒模型之架 構方法。第四章介紹實現情感機器人之六一情緒模型實際操作與表情 展現。最後在第五章中提出了具體成果與未來可繼續研發之主題。

(15)

第 第 第

第 2 章 章 章 章 情感機器人之內在反應 情感機器人之內在反應 情感機器人之內在反應 情感機器人之內在反應

本章為情感機器人之內在反應之描述。情感的哲學本質就是 人對價值關係的主觀反映情感現象與情感規律在根本上取決于價 值現象,自然科學化和數學化的價值理論(即統一價值論),也 就是說,情感機器人研製的唯一途徑是︰一是建立統一價值論;

二是建立數理情感學;三是建立情感的數學模型;四是建立情感 內部邏輯系統;五是建立情感識別系統、情感表達系統。因此導 入 Active Human Interface(AHI)系統架構,如圖 2-1 所示。[4]

Human Machine

Human Machine

圖 2-1 情感機器人 Active Human Interface(AHI)架構[4]

情感機器人有人類用於表達情緒最重要的眼睛、眼皮、眉毛和嘴 巴,再加上點頭、搖頭晃腦的動作,可以做出有如人類的表情和一些 情緒上的動作。[4]

(16)

情感為人與人的溝通管道中成分最大(如圖 2-2 所示),因此藉由 情緒表達可以與他人溝通。[4]

Concerning the face-to-face communication

Linguistic language

Paralanguage

Facial expressions

38% 7% 55%

圖 2-2 人與人溝通管道比例[4]

2.1 情感機器人之情緒 情感機器人之情緒 情感機器人之情緒 情感機器人之情緒

情緒在大多數人的生活當中扮演重要角色,有關情緒的研究對 於情感機器人而言也非常重要。不過,想要界定情緒的意義卻不容 易。現代心理學家定義情緒(emotion)為一種複雜型態的身體變化和心 理變化,包括有針對個人認為有所意味的情境而產生的生理興奮、感 覺、認知經歷,及行為反應。[5]

情緒為獨特、整合的心理反應系統。

包含三種可區分的反應系統:

(1)典型的表情模式 (2)一致的自律神經系統

(17)

「情緒有多少種?」這個問題聽起來很簡單。不幸的是,大家 對於答案並沒有共識。一般來說,大部分的人同意只有少數基本情 緒,所以接下來將要探討基本情緒的種類。焦點在於人們如何藉由臉 部表情來描述或報告他們的情緒經驗。[6]

幾乎所有人都會表現出非常廣泛的臉部表情,所以每一種基本 情緒各有其獨特表情是合理的假設。心理學家研究臉部表情的心理意 義,結論是觀察者可以從臉部偵測出下列六種基本情緒:快樂、驚訝、

憤怒、悲傷、害怕、厭惡。[6]

臉部表情和情緒的關係是否在所有文化中都相同,如果研究發 現是普遍的,則會使所有人更加確定六種基本情緒,一項關鍵的研究 是幾位心理學家在十個國家(愛沙尼亞、德國、希臘、香港、義大利、

日本、蘇格蘭、蘇門答臘、土耳其、美國)所進行的跨文化研究,此 研究的參與者要判斷 18 張照片當中的臉孔所表達的情緒,其結果十 分明確,不同文化的人對於最強烈之情緒的判斷有高度共識。[6]

在許多心理學書中也都提到上述提到的六種基本情緒:快樂、

驚訝、憤怒、悲傷、害怕、厭惡。於是就以此六個基本情緒,為六一 情緒模型設定了六個基本量值(如圖 2-3 所示),此六個量值都是同時 存在的。

(18)

圖 2-3 六個基本情緒量值表

然而情緒總有起伏,有時候好幾種情緒一起達到最大值,也 有時候會所有情緒都歸零,也就是回歸平靜的時候,於是再架構了平 靜(如圖 2-4 所示),這就是六一情緒模型的基本概念。

(19)

情緒和心情的區別非常重要。情緒和心情的主要差異有以下三 點:

第一,心情(mood)通常比情緒持久。

第二,心情不像情緒這麼強烈,我們通常會注意自己的情緒狀態,但 是心情只是日常生活的背景。

第三,處於特定心情的原因通常不明確,但是情緒通常由特定事件所 引起。[6]

雖然上述內容似乎顯示情緒和心情有很大的差別,但是事實上 並非如此。每一種情緒都可能持續下去而成為心情,每一種情緒都隱 含心情的變化。

兩者的因果關係方向也可能反轉。心情可能引起情緒,因為它們隱 含特定情緒的閾限降低。[6]

2.2 情感機器人之 情感機器人之 情感機器人之 情感機器人之人格 人格 人格 人格

心理學家以許多不同的方式界定人格,但所有方式中共通的兩個 基本概念是:獨特性及特有的行為型態(characteristic patterns of behavior)。定義人格(personality)為複雜的一組獨特心理特質,它將 會長期影響個體在各種不同情境中特有的行為型態。人格使得你的行 為連貫而有條理,它是每個人最核心的層面,也是你存在為你的精隨

(20)

人格理論是指對個人人格之結構和功能的假設性陳述。人格理論 有助於達成心理學的兩個主要目標:(1)「理解」人格的結構、起 源及其他相關事物;(2)根據我們對人格的認識來「預測」行為和 生活事件。[5]

Hans Eysenck 是一位先導的特質理論學家,他從人格測驗的資料 中取得三個廣泛的維度,分別是外向性(內向 VS 外向)、神經質(穩 定 VS 不穩定)及心理素質(樂觀、冷淡、憂鬱、易怒)。Eysenck 將三個維度架構成為一個圓(如圖 2-5 所示)。[5]

圖 2-5 H. J. Eysenck personality theory (1965) [5]

(21)

2.3 情感機器人之 情感機器人之 情感機器人之 情感機器人之刺激事件 刺激事件 刺激事件 刺激事件

刺激事件的來源都是依靠人類所擁有的多種感覺(sensation):

視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、溫覺、冷覺、平衡覺、運動感覺、

痛覺等。感覺所做的事情是把外界接收到的物理事件轉換成神經事 件,也就是把感覺訊號的物理形式轉換成可被神經系統處理的細胞訊 號。在情感機器人上也就是許多的刺激感應器。[5]

感覺只是刺激事件的第一階段,而知覺則是下一階段,在這一階 段中,刺激的內在表徵會成形,而且外在刺激的知覺表象也會產生。

知覺(perception)在情感機器人上就是本論文的六一情緒模型,將 感覺所接收資料經過六一情緒模型的處理,在這一階段決定了最後一 階段的反應。

刺激事件的最後就是反應,反應通常都表現在臉上或是一些反射 動作,也就是情感機器人的臉部表情或是脖子的動作。

(22)

第 第

第 第 3 章 章 章 章 六一情緒模型之解析 六一情緒模型之解析 六一情緒模型之解析 六一情緒模型之解析

情感機器人之情緒行為可利用層級方式依次將其細分。圖 3-1 為情感機器人之情緒行為層級架構,第四層為情感機器人之情緒行 為,此情緒行為由第三層之表情、聲音及動作所組成,而六一情緒模 型則是決定情緒行為的關鍵。[2]

圖 3-1 情感機器人之單一情緒行為層級架構

第三層之表情依情感機器人臉部特徵可分為四大區塊,分別為第 二層之右上眉毛區、左上眉毛區、眼皮與眼球區及嘴唇區。聲音為情 感機器人執行情緒行為時配合 TTS 所發出的聲音。動作為情感機器 人頸部的擺動。[2]

第一層為最低階之情感機器人可動點編碼參數,舉例來說,第二

(23)

會有四個可動點編碼參數。[2]

圖 3-2 情感機器人之情緒人格層級架構

情感機器人之情緒行為還可以在衍生出更高層級的架構。如圖 3-1 為情感機器人之情緒人格層級架構,第五層為情感機器人之情 緒,此情緒的不同則會造成不同的情緒行為,而六一情緒模型則是情 緒這一層級的主軸。第六層的人格為多種不同的情緒所組成,不同的 人格也會對情緒造成不同的影響,第七層為多重人格。

因此情感機器人依此情緒行為層級架構來開發獨特之機器情緒 行為。人的行為在很大程度上受人的情緒和感情的支配,什麽樣的情 緒和感情則往往使人產生什麽樣的行為。所以行為反應表情,表情反 應情緒,相輔相成。在心理學中,認為情緒是受到某種刺激所產生的 一種身心激動狀態,情緒狀態之發生,可藉由情緒主觀經驗,內在身

(24)

體反應,情緒認知,面部表情,情緒反應,而做出的行為傾向。所以 最直接的面部表情,可直接洞悉出人格,行為的最好方法。

有了層級觀念,就有了感情產生的大方向,組織方向架構訂出,

接下來就要思考的是表情的形成方式與特點,如何產生表情,表情之 間的關係,架構的方式,轉換的形式,轉換的技巧,和表情的流暢等,

都是六一情緒模型所要解析的目標。

3.1 六一情緒模型 六一情緒模型 六一情緒模型 六一情緒模型情緒轉換 情緒轉換 情緒轉換運算 情緒轉換 運算 運算 運算

在前一章有敘述到的六個基本情緒,在本論文中將其轉化為六個 範圍 0~10 的量值,分別是厭惡(Disgust)取 D 為其代號,快樂

(Happiness)取 H 為其代號,驚訝(Surprise)取 U 為其代號,害 怕(Fear)取 F 為其代號,悲傷(Saddness)取 S 為其代號,憤怒(Anger)

取 A 為其代號。另外再加上平靜(Nature)取 N 為其代號。

情緒是每分每秒都在變化的,當前的情緒要如何轉換到下一個情 緒,這就是六一情緒模型的重點,如圖 3-1,轉換時間為每五秒一次 轉換。

(25)

圖 3-3 The description of emotional state transition

令 X= Disgust, Happiness, Surprise, Fear, Sadness or Anger,由上 圖 3-3 所示,下一個情緒會受到前一個情緒的影響,也會受到刺激跟 人格的影響,也會被心情所影響,於是本論文中設定情緒(Emotion) 的值為 EMX,心情(Mood)的值為 MDX,內在刺激(Internal Stimulus) 為 INSTX,外在刺激(External Stimulus)為 EXSTX,人格(Personality) 為 PNX,心情轉換為情緒的轉換函數為 MD_2_EM,於是在本論文中 可 以 得 到 一 個 情 緒 的 轉 換 式 , 情 緒 的 下 一 個 狀 態 的 值

=EMX+INSTX+(EXSTX*PNX)+ (MD_2_EM*MDX)

在人格特質(PNX)方面 Eysenck 將三個維度架構成為一個圓,本 論文將六個基本情緒放入圓中分析,將害怕放入外向性越是外向越是

(26)

不會害怕,驚訝放入穩定性越是穩定的越不容易驚訝,將快樂列入樂 觀質、厭惡列入冷淡質、悲傷列入憂鬱質、憤怒列入易怒質。依照圖 3-4 所示,以六一情緒模型方式設定每個人格特質的人格量值,分別 為厭惡取 D2 為其代號,快樂取 H2 為其代號,驚訝取 U2 為其代號,

害怕取 F2 為其代號,悲傷取 S2 為其代號,憤怒取 A2 為其代號。六 個值的範圍為+2~-2。

圖 3-4 六一情緒模型的人格量值表

3.2 六一情緒模型心情轉換 六一情緒模型心情轉換 六一情緒模型心情轉換 六一情緒模型心情轉換運算 運算 運算 運算

在第二章提到除了情緒之外還有一個可以成為生活背景的心

(27)

情,所以在六一情緒模型中將心情跟情緒一樣架構了心情量值,也同 樣為心情設定了六個 0~10 的值,在心情轉變的換算中,也設定了一 個方式,如圖 3-5 所示。

圖 3-5 The description of mood state transition

承接上一節,情緒為五秒一次轉換,心情為六十秒轉換一次,所 以每一次心情的轉換,情緒已經轉換過十二次,於是需要計算假如情 緒轉換之後的值大於十或是小於零則會影響到心情的轉換。

在本論文中設定內在刺激(Internal Stimulus)為 INSTX,心情(Mood) 的值為 MDX,情緒超過十的次數為 TAX,情緒低於零的次數為 TSX, 於 是 本 論文 中可以 得 到 一個 心情的 轉 換 式, 下一個 心 情 的量 值

=MDX+INSTX+TAX-TSX。

如何求得 TAX及 TSX,兩個值起始都為零,假如在情緒轉換時情 緒的值超過十則 TAX+1,如果低於零則 TSX+1,其他狀況則不改變任

(28)

3.3 六一情緒模型表情轉換 六一情緒模型表情轉換 六一情緒模型表情轉換 六一情緒模型表情轉換運算 運算 運算 運算

如何在複雜的情緒以及心情中,取出一個恰當的表情展現,如圖 3-6,在本論文中也設計了一套計算表情機率的表情轉換運算。

圖 3-6 Sketch of facial expression

本 論 文 先 將 所 有 的 情 緒 跟 心 情 的 量 值 以 平 方 相 加 得 到 一 個 ALL,再將小於等於三的心情以及情緒量值分別以平方相加得到一個 心情的平靜值以及情緒的平靜值,並將已經列入平靜量值的心情以及 情緒值為零,最後步驟 P(X) = [(EMX)2+(MOX)2] ÷ ALL,P(Nature) = [(EMNature)2+(MONature)2] ÷ ALL,求得各表情機率,再以每秒隨機按 照各機率取一個表情。

(29)

第 第

第 第 4 章 章 章 章 六一 六一 六一 六一情 情 情 情緒模型之實現 緒模型之實現 緒模型之實現 緒模型之實現

本章的目的在於介紹六一情緒模型如何使用在情感機器人。分為 以下兩部份說明:第一節介紹六一情緒模型之軟體程式;第二節主要 說明六一情緒模型的應用。

如圖 4-1 所示,外在的刺激有非常多種不同的事件,包括看到東 京鐵塔、拿鐵鎚敲釘子不小心被鐵錘敲到手、生病去看醫生、玩電腦 遊戲、給小嬰兒吸奶嘴、去寵物店買新的寵物、在文具店買新的文具 用品、跟別人玩猜拳…等等的奇奇怪怪的事件,沒有任何一件事是不 會影響到你的情緒。

(30)

外在刺激藉由感覺的將物理能量轉為心理數值丟進機器人的內 在反應去處理,內在反應中包含了人格特質、心情、情緒,人格特質 隱含了這個人的個性,心情隱含了這個人一整天生活的背景,情緒則 是最直接從外在刺激來的一種內在反應。

情緒也是最直接去影響到表情的一種內在反應,或許會因為不同 的人格特質影響到的情緒變化不同,也可能出現的情緒行為不同,不 同的人格也會有其不同的表情展現。

在不同的心情下,受到的情緒變化也會影響,在融入人格,讓整 個外在刺激經過內在反應最後做出的表情變化更豐富有趣。

4.1 六一情緒模型軟體 六一情緒模型軟體 六一情緒模型軟體 六一情緒模型軟體程式 程式 程式 程式

運用前一章所探討之情緒行為層級結構、六一情緒模型之基本運 算架構以及六一情緒模型之進階運算架構,開發出六一情緒模型之軟 體程式,此軟體程式提供六一情緒模型中有關情緒變化的研究並揣摩 人臉之動作表情介面。藉由把情感數量化轉變成軟體,實現情感表達 的目的。

使用 Microsoft Visual Basic 6.0 開發出六一情緒模型軟體程式,

此程式分成四個主要區塊,分別為心情及情緒量值區塊、表情動作區 塊、人格特質區塊及刺激事件區塊。

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4.1.1 心情及情緒量值區塊 心情及情緒量值區塊 心情及情緒量值區塊 心情及情緒量值區塊

心情及情緒量值區塊如圖 4-2 及圖 4-3 所示,顯示六種基本情緒 及心情的量值,快樂、生氣、悲傷、驚訝、害怕、厭惡,量值都會隨 著時間漸漸的減少,情緒減少的快,心情減少的慢。

圖 4-2 情緒量值區塊

圖 4-3 心情量值區塊

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4.1.2 表情動作區塊 表情動作區塊 表情動作區塊 表情動作區塊

表情動作區塊如圖 4-4 所示,此表情動作區塊可以展示現在的表 情狀況,選擇連接埠及勾選是否同步,並且在軟體和機器人同步時顯 示表情數據的變化,可以看到你選擇的人格特質以及參數,刺激進來 的參數以及表情次數的統計,顯示刺激的總和值。

圖 4-4 臉部表情區塊

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4.1.3 人格特質區塊 人格特質區塊 人格特質區塊 人格特質區塊

人格特質區塊如圖 4-5 所示,當情感機器人要以不同人格展現 時,透過這個區塊來選擇。

圖 4-5 人格特質區塊

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4.1.4 刺激事件區塊 刺激事件區塊 刺激事件區塊 刺激事件區塊

將情感機器人加上感測器,可以測量出濕度、溫度、人體紅外 線、聲音大小、光亮度,以上組成感測器所得認知,再加上人為的認 知以及即時的反應,即組成刺激事件區塊,如圖 4-6 所示。

圖 4-6 刺激事件區塊

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4.2 六一情緒模型之應用 六一情緒模型之應用 六一情緒模型之應用 六一情緒模型之應用

透過情感機器人給孩子講故事的使用者環境規劃如圖 4-7,所關 切的除了需要較彈性的故事結構外,如何透過機器人使得故事能更生 動的呈現,於是將六一情緒模型應用於說故事機器人上面,在選擇故 事時就可以給予機器人一個基本的心情量值,在選擇圖卡順序可以給 予機器人一個情緒量值,以及選擇圖卡順序的時間長短也可以影響機 器人的情緒量值,在講故事時可以隨著故事圖卡的變換去給予適合圖 卡情節的刺激量值,讓機器人可以隨著故事的進行可以做出適合故事 的表情變化。

圖 4-7 說故事機器人使用者環境[7]

(36)

在學習九九乘法機器人的狀態變化如圖 4-8,使用者環境如圖 4-9,將六一情緒模型應用在學習九九乘法機器人,依照手寫的數字 大小給予機器人不同大小的情緒量值,讓機器人等待也會加減情緒量 值,答對答錯也會對量值增減,讓機器人可以隨著情緒作出適切的表 情反應 。

圖 4-8 學習九九乘法機器人流程圖

圖 4-9 學習九九乘法機器人使用者環境

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在許多的遊戲中,猜拳是個普遍又好玩的小遊戲,剪刀、石頭、

布三者互剋,沒有一定會勝利的拳也沒有一定會輸的拳,在情感機器 人上設計一個簡單的猜拳遊戲如圖 4-10,配合六一情緒模型的應 用,在每一次出拳時的表情都依照情緒來走,情緒則是依照輸贏來評 斷,讓人感覺的更生動。

圖 4-10 猜拳機器人軟體介面

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第 第 第

第 5 章 章 章 結語 章 結語 結語 結語

本章目的在說明最後的具體成果,並將結果提出來討論。分為下 列兩部分說明:第一節在於說明具體成果。第二節針對未來可發展之 方向提出討論。

5.1 具體成果 具體成果 具體成果 具體成果

本論文實現了設計六一情緒模型,模擬人類基本的情緒自主狀 態,各種情緒都可以數量的方式表示出。藉由情緒轉換來模擬人之情 緒行為,更讓情感機器人擬人化,活潑生動,常常讓觀看者愛不釋手,

達到育教娛樂的效果。此論文成果為可提供大眾參與之科學活動,茲 舉數個應用於不同之主題環境:說故事機器人、學習九九乘法機器 人、猜拳機器人、唱歌機器人等等(適切地情感表達),主要是透過 人與機器人之互動交談,誘發參與者對機器人有進一步的了解,因而 對科學產生興趣,提升學習成效。

5.2 未來可發展之方向 未來可發展之方向 未來可發展之方向 未來可發展之方向

在觀察人的表情變化後,更能去了解表情在空間上的變化,並建 立一套情緒與五官空間的相對應關係,進而建立每個情緒特有的情緒 表情。更應該深入探討,有關更複雜的情緒狀態,更多的情感表情的

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探討,更多表情的因素等問題,在搭配肢體動作對表情的影響,情緒 表達中,除了面部表情之外,更包含肢體動作,常見快樂會手舞足蹈,

面紅掩面,憤怒會跺腳,都是屬於肢體語言動作,更能顯現出肢體動 作對表情的加分與否。情感的感知,在感知上,是否以相等程度接收 外界資料訊息等,還是人格特質上會採選擇性的接收,這也是值得探 討的問題之一。最後就是情緒的表達,以同樣的情緒表達方式,相同 情緒會因為不同人格特質的表達方式而不同,顯現的程度也不盡相 同。

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參考文獻

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