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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:SE-EBS:情感機器人之連續性動態控制表 示分析

SE-EBS:The continuity dynamic control analysing of facial expression for the robot

系 所 別:電機工程學系碩士班 學號姓名:M09101009 彭建勳 指導教授:陳 竹 一 博士

謝 焸 家 博士

中華民國 九十四 年 七 月

(2)
(3)
(4)
(5)

- I -

摘要

讓機器人(情感)具有人類式的情感,是個夢想,然而,與人工智 慧技術的高度發展相比,人工情感技術所取得的進展卻是微乎其微,

情感始終是橫跨在人腦與電腦之間永遠無法愈越的鴻溝,使之變成更 為學術重要議題,用以擬人情感情緒變化,將抽象的情緒因素加入軟 體中,探討因素如何影響人類思考,學習活動,都是相當有趣的探討。

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 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。

(6)

Abstract

Let the robot (emotion ) have emotion of the mankind type , it is a dream, however, compare with high development of the artificial intelligence technology , artificial emotion technology made progress but very few, emotion to stretch over unable wide gap forever between human brain and computer all the time, it is the important topic of academy to make it turn into even more , is used to draft the emotional thread change of human feeling , join the abstract mood factor in software, it is discussed how the factor influences the mankind to think, it is all quite interesting discussion to study the activity.

But, there is no forbidden zone in scientific development, there are no things that can't know either in the world. Should believe whether can realize since we think generally only digitization,too it can have realized by digitizationed of emotion, so long as we can know the objective essence of the emotion , catch the centre clue of the emotion, the problem which seem to be complicated and mysterious , will become very simple .

(7)

- III -

致謝

本篇論文能順利完成,首先要感謝陳竹一老師在我就讀研究所期 間的諄諄教誨,適時的指導、鼓勵與實質的建議,不僅在課業上給予 我很多的啟發,也能從生活上給予我極大的幫助。

另外要特別感謝田慶誠教授、黃錫瑜教授及張永嘉教授在口試期 間所給予的建議與指導。

感謝敬洲、坤益、陽貿、文彬、于峻、建榮、元戎、銘寰、益豪、

建樑等學長領導我走入研究所生涯,感謝凱鈞、建勳、智勝、城郁、

雅鈴、志和、志聲、嘉文、易書、泓文、寬賢、傳旭等同學陪伴著我,

給予我溫馨的回憶,感謝煌益、久雄、國樟、鶴齡、雅雯、旻保、華 祥、盈福等學弟妹平常的關心。

最後要感謝我親愛的父親、母親、姊弟等對於我就讀研究所的支 持與鼓勵,使我能順利完成碩士學位。最後僅將本論文獻給我的家人 及所有愛護我的老師、同學及朋友們。

彭建勳 謹致 中華民國九十四年七月於新竹

(8)

目錄

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

第 1 章 緒論...1

第 2 章 臉部表情機器人之情感架構...6

2.1 系統機構部分...7

2.1 可動點(Degree of Freedom) ...7

2.2 主動特徵群(Active Units)...7

第 3 章 臉部表情機器人之情緒行為層級...13

第 4 章 臉部表情機器人動點之實現...15

4.1 表情產生組織...16

4.2 臉部表情機器人之表情轉換...16

4.3 臉部表情機器人之應用軟體程式...20

4.3.1 臉部表情機器人之應用軟體程式...20

4.2.1.1 獨立表情動作區塊 ...21

4.2.1.2 連續表情動作區塊 ...21

(9)

- V -

4.2.1.3 事件動作區塊 ...22

第 5 章 結語...24

5.1 具體成果...24

5.2 未來可發展之方向...24

參考文獻...27

(10)

圖目錄

圖 2-1 臉部表情機器人 Active Human Interface (AHI)架構 ...6

圖 2-2 人與人溝通管道比例 ...7

圖 2-3 臉部表情機器人有十六個可動點 ...8

圖 2-4 表情組織示意圖 ...11

圖 2-5 表情主組織圖 ...12

圖 3-1 臉部表情機器人之情緒行為層級架構...13

圖 4-1 表情組織方式 ...15

圖 4-2 表情轉換曲線 ...17

圖 4-3 表情轉換方塊圖 ...17

圖 4-4 表情轉換方塊圖 ...18

圖 4-5 表情轉換六角圖 ...18

圖 4-6 表情轉換集合 ...19

圖 4-7 表情轉換集合 ...19

圖 4-8 表情轉換新的表情方塊圖 ...20

圖 4-9 互動模式之獨立表情動作區 ...21

圖 4-10 互動模式支連續表動作區塊 ...22

圖 4-11 互動模式之事件動作區塊 ...23

圖 4-12 臉部表情機器人應用軟體程式之互動模式...23

(11)

- VII -

表目錄

表 2-1 情感機器人的表情組織群組 ...9

表 2-2 情感機器人可動點與表情組織群組對照表...9

表 2-3 情感機器人可動點與表情組織群組對照表... 10

表 2-4 情感機器表情組織群組 ... 10

(12)

第 1 章 緒論

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。

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 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。

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

(13)

- 2 -

人工情感技術越來越強烈需要。

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 的電腦就象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。

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,但肯定不會像二進製那樣 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 么簡單,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,

(14)

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、焦慮、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

(15)

- 4 -

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。

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 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。

將情感注入計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

(16)

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。

本論文的第二章對於整個臉部表情機器人運用思維架構的敘述 有簡單的介紹。第三章介紹臉部表情機器人情緒行為之層級架構方 法。第四章介紹實現臉部表情機器人之表情動點模式。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。

(17)

- 6 -

第 2 章 臉部表情機器人之情感架構

本章為整個臉部表情機器人情感架構之描述。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。情感為人與人的溝通管道 中最成分最大(如圖 2-2 所示),因此藉由情緒表迪可以與他人溝通。

Human Machine

Human Machine

圖 2-1 臉部表情機器人Active Human Interface(AHI)架構

(18)

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

系統機構部分

臉部表情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。

2-1 可動點(Degree of Freedom)

臉部表情機器人其外觀如圖 2-3 所示,使用十六個可動點。包括 左右眉毛各三個可動點,眉毛能上下移動;眼皮左右各一個可動點,

眼皮能個別閉合;眼球兩個可動點,眼球可同步上下左右轉動;嘴巴 有四個可動點,嘴巴可張開閉合、上下唇可單獨移動、嘴角可上下移 動;整個臉鑲嵌在一有底座可轉動的支架上,此支架為頸部有兩個可 動點,如此臉可自由左右轉及上下點頭。使得臉部可以表達出喜、怒、

(19)

- 8 -

哀、樂、發呆、沉思等等各種千變萬化的表情與情緒上的動作。

圖 2-3 臉部表情機器人有十六個可動點

2-2 主動特徵群(Active Units)

當表情在表達時,所會動到的可動點,我們可以以群組表示,由心 理學上得知,人的心理情緒表達中,有 44 個比較具代表的特點群體,

表一單個群體,各自獨立,組合出各種不同的表情.這邊加以修改配 合人臉機器人的特定點,加以描述屬於新的特徵群組.(如表 2-1)所 示,表中 14 特徵群,表示情感機器人的表情組織可藉由這些群組組 合而成.在藉由這些組織對應到機器人的可動點上(如表 2-1 表 2-2) 所示.

(20)

Jaw Drop Lips Part Lip Stretcher

Chin Raiser Lip Corner Depressor

Lip Corner Puller Nasolabial furrow Appearance Changes

14 AU NO.

8 Inner Brow Raiser

1

9 Outer Brow Raiser

2

10 Brow Lower

3

11 Upper Lid Raiser

4

12 Cheek Raiser

5

13 Lid Tighten

6

Nose Winkler 7

Appearance Changes AU NO.

Jaw Drop Lips Part Lip Stretcher

Chin Raiser Lip Corner Depressor

Lip Corner Puller Nasolabial furrow Appearance Changes

14 AU NO.

8 Inner Brow Raiser

1

9 Outer Brow Raiser

2

10 Brow Lower

3

11 Upper Lid Raiser

4

12 Cheek Raiser

5

13 Lid Tighten

6

Nose Winkler 7

Appearance Changes AU NO.

表 2-1 情感機器人的表情組織群組

1 2 3 4 5

- 6

Left Right

- 7

Control Point AU NO.

1 2 3 4 5

- 6

Left Right

- 7

Control Point AU NO.

3 1 3

1 2 2 4 4 5 5 6 6 7

7 8 8

9

9 10 10

11 11

12 12 13 13

14 14

4

4 3 3 6

6 1 1 6

6 5

5 1 1 2 2 8

8 7 7 14

14 11 11

表 2-1 情感機器人可動點與表情組織群組對照表

(21)

- 10 -

1 2 3 4 5

- 6

Left Right

- 7

Control Point AU NO.

1 2 3 4 5

- 6

Left Right

- 7

Control Point AU NO.

3 1 3

1 2 2 4 4 5 5 6 6 7

7 8 8

9

9 10 10

11 11

12 12 13 13

14 14

4

4 3 3 6

6 1 1 6

6 5

5 1 1 2 2 8

8 7 7 14

14 11 11

表 2-3 情感機器人可動點與表情組織群組對照表

藉由組織對造可動點,我們就可規劃出表情的組織圖,藉 由表情特徵點的組織我們可以歸納出比較具代表的情緒加以表示出

(如表 2-4)所示.每組表情都是由多組 Aus 所組合而成,且互相重 疊 Aus,使各表情都互相具有相關的 Aus 如圖 2-1。

1+3+10 Sadness

5+9+14 Happiness

3+4+6+8+13+14 Anger

1+2+3+4+6+12+13+14 3+7+11

Disgust Fear

1+2+4+14 Surprise

Action Units (AUs) Expression

1+3+10 Sadness

5+9+14 Happiness

3+4+6+8+13+14 Anger

1+2+3+4+6+12+13+14 3+7+11

Disgust Fear

1+2+4+14 Surprise

Action Units (AUs) Expression

表 2-4 情感機器人表情組織群組

(22)

1+2+4+14 Surprise

Action Units (AUs) Expression

1+2+4+14 Surprise

Action Units (AUs) Expression

AU NO.1 AU NO.2

AU NO.4 AU NO.14

Surprise

圖 2-4 表情組織示意圖

一個情感的表達,情緒的行為可以組合表情架構出來,就單一 以一個表情來,他的組成因子,以許跟其他表情重疊,同時具有兩者 或是更多的單一特徵組合.也許是不相干的組合,在表情中他就是讀 一無二的表情特徵組合而成,這些特徵都需要我們去實際觀察和實 驗。藉由圖 2-4 可以清楚得知,一個表情的組合,是要靠組織,把單 一個體的表情,加以組織,單一狀態並不能顯現出比情的種類,表情 的程度,只能透露出表情的特性,特點。組織過後的成為表情,成為 一個可觀察出的表情。因此表情的組織定義就變成很重要,要讓人一 眼看出表情,並不是這麼容易,表情因人的觀察因人而異,要讓觀看 者認同你所定義的表情,也必須多加考慮人們所能容許因素範圍,定 義出的表情才具意義。再本論文中就把表情的定意分為六大表情,再 這六大表情中變化出其他式表情,演示出所有的表情。

(23)

- 12 -

圖 2-5 表情組織圖

由圖 2-5 更能看出實際組合的狀況,進而體會出單一特徵的組 合,具有獨特,且明確表情的組合特質。

(24)

第 3 章 臉部表情機器人之情緒行為層級

臉部表情機器人之情緒行為可利用層級方式依次將其細分。圖 3-1 為臉部表情機器人之情緒行為層級架構,第四層為臉部表情機器 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。

Emotional Behavior

Expression Sound Action

Left Eyebrow Eyeballs & Eyelids Lips

Right Eyebrow Neck

Level 4

Level 3

Level 2

Level 1

FCP FCP FCP FCP FCP

圖 3-1 臉部表情機器人之情緒行為層級架構

第三層之表情依臉部表情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 為臉部表情機器人執行情緒行為時所附帶的簡單聲音。動作為臉部表 情機器人頸部的擺動。

第一層為最低階之臉部表情機器人可動點編碼參數,舉例來說,

第二層臉部特徵之嘴唇區塊是上下唇及兩嘴角由四個可動點所組 成,因此會有四個可動點編碼參數。

(25)

- 14 -

因此臉部表情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,行為的作好方法。

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,

都是接下來要探討的主題。

(26)

第 4 章 臉部表情機器動點之實現

4.1 表情產生組織

面部表情一方面是情緒表達者當事人心理的狀態,另一面也 是示意別人了解當事人的心理狀態,因此由表情表達的情緒永遠 具有雙向的溝通作用,情緒的表達是天生的,惟情緒表達的時機 與後天學習有關,人須學習如何表達情緒,也須學習如何接收這 些表情訊息。在此論文中提出一個組織表情架構,藉由我們所能 清楚辨識的表情當作依據,做不同程度的變化,組織出各種不同 的表情。藉由圖 4-1 清楚表示出,在這組織中,我們只要清楚列 出六種簡單辨識的表情,再加以做程度變化,就可以創造出各種 表情。

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

Neutral

圖 4-1 表情組織方式

(27)

- 16 -

把情緒空間放在平面上討論,各軸上代表的都是指情緒程度,依 照各成分組織可以定義出更多具體的表情。表情是由五官,亦即 眼,耳,口,鼻,舌的變化所構成.其中眼包含眉,經由這些組 合,可以組合出多種人類面部的表情.五官中表情因素裡面,又 以眼(眉)口,最具有表情的情緒狀態,所以在這論文中,就以 眼(眉)口,加以討論,觀察,分析。圖 4-1 中所定義軸為做噁,

生氣,悲傷,快樂,害怕,驚訝。之所以定義出這些軸的原因是 因為這六大表情,是觀察者一眼就可以看出的表情,明顯可以分 辨屬於的類別,在藉由這些主要表情去牽引出各是不同程度表 情,而去劃分定義出不同程度組合而成的各式表情,達到組織圖 的目的。

4.2 臉部表情機器人之表情轉換

當人臉機器人轉換表情時,須注意協調問題,表情再做轉換 的時候並非一定呈現線性變化(如圖 4-2 所示),有些動點會移動 先緩後急,有可能相反的動作,表情做轉換,實際上的移動並非 等時間等距離移動,需看表情在轉換取線上,表程度的軸上的距 離,表情屬性月接近,所經過的路徑比較短,範圍比較小,動點

(28)

變化曲線較接近線性,但是並非線性,相反的表情軸上距離越遠 的表情相互轉換時,其路徑比較寬鬆,變化相對加大,比較不容 易掌控,變化比較多。以圖 4-3 來解說,當表情再做轉換時,所 經過的路徑不會相同,轉換方式也可能相異,在所定義的方塊中 的表情,如何轉換,才比較順暢,這邊提出一個比較接近曲線的 方式。

Time (ms)

Displacement (mm)

Time (ms)

Displacement (mm)

Time (ms)

Displacement (mm)

Time (ms)

Displacement (mm)

FCP #1 FCP #2 FCP #3 FCP #4

Approximation Measurement

圖 4-2 表情轉換曲線

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

Fear

Disgust

Happiness Anger

Sadness

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

圖 4-3 表情轉換方塊圖

(29)

- 18 -

在表情六角方塊圖中,表情的轉換路徑就變的很重要,如何去找 尋轉換中間的表情(如圖 4-4)而讓表情轉換的曲線變的順暢,

協調,讓表情更具擬人化,這都是值得探討的問題。

Surprise

Fear

Disgust

Happiness Anger

Sadness Surprise

Fear

Disgust

Happiness Anger

Sadness Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Surprise

Fear

Disgust

Happiness Anger

Sadness Surprise

Fear

Disgust

Happiness Anger

Sadness Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

1 2

3 4

圖 4-4 表情轉換方塊圖

在這提出一個方法,加以實驗討論,當表情a變化到表情b(如圖 4-5)所示,當表情再做轉換的時候,路徑選擇上,在這邊採以表程 度最大值,與最小值,包含的表情加以當作表情轉換的中繼點。當表 情a變化到表情b的路徑上,採以選擇表情a與表情b所含括的表程

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

圖 4-5 表情轉換六角圖

(30)

度之最大最小值的集合,如圖 4-6 所示,取出兩轉換表情在六角 方塊中,所占用各軸的程度,曲最大值,最小值,取其集合如圖 4-7 所示。在藉由這集合內的表程度軸取回中心,組織新的多邊情感方塊 圖,如圖 4-8 所示。在這新的情感方塊中,取出表情作為轉換的依據,

提出這組織中所包含的程度表情,加入轉換表情中的中繼,讓表情更 具體流暢,協調。

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

圖 4-6 表情轉換集合

Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

圖 4-7 表情轉換集合

(31)

- 20 - Surprise

Fear

Disgust

Happiness

Anger

Sadness

圖 4-8 表情轉換新的表情方塊圖

4.3 臉部表情機器人之應用軟體程式

運用前一章所探討之情緒行為層級結構以及臉部表情機器人之 表情轉換架構,開發出臉部表情機器人之應用軟體程式,此應用軟體 程式提供有關情緒行為的研究並揣摩人臉之動作表情介面。藉由把情 感抽象化轉變成軟體,實現情感表達的目的。

4.3.1 臉部表情機器人應用軟體程式

使用 Microsoft Visual C++ 6.0 開發出臉部表情機器人應用軟體 程式,此互動模式分成三個主要區塊,分別為獨立表情動作區塊、連 續表情動作區塊及事件動作區塊。

(32)

4.3.1.1 獨立表情動作區塊

獨立表情動作區塊如圖 4-2 所示,提供十種擬人之表情類別,快 樂、生氣、悲傷、驚訝、害怕、鬼臉、苦笑、呆滯、無奈及疲憊,每 一種擬人表情類別因臉部表情機器人所受刺激程度之不同,而區分六 種不同程度之表情。

圖 4-2 互動模式之獨立表情動作區塊

4.3.1.2 連續表情動作區塊

連續表情動作區塊如圖 4-3 所示,此區塊依獨立表情動作區塊提

(33)

- 22 -

供之表情類別與各表情程度可編排出多樣化的連續表情動作事件,並 依每秒展現五十個畫面數計算連續表情動作之總時間。

圖 4-3 互動模式之連續表情動作區塊

4.3.1.3 事件動作區塊

事件動作區塊如圖 4-4 所示,此區塊之事件動作是由應用軟體程 式所編輯的,當臉部表情機器人參與不同主題環境時,透過應用軟體 程式編排獨特之事件動作。

(34)

圖 4-4 互動模式之事件動作區塊

將臉部表情機器人應用軟體程式互動模式之獨立表情動作區 塊、連續表情動作區塊及事件動作區塊組合在同一面板上,而構成臉 部表情機器人應用軟體程式之互動模式,如圖 4-5 所示。

圖 4-5 臉部表情機器人應用軟體程式之互動模式

(35)

- 24 -

第 5 章 結語

5.1 具體成果

本論文實現表情轉換行為來模擬人之情緒行為,更讓情感機器人 擬人化,具有特有的卡通表情,活潑生動,討喜的模樣,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(人員操縱):新聞播報 機器人、櫥窗機器人、解說導覽機器人、唱歌機器人等等(配合語意,

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

設計一種情緒空間的模型,模擬人類基本的情緒自主狀態,各種 情緒表情都可以在空間上以向量的方式表示出。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,使得內部行程情緒變化,進而表示出表情狀態,更能擬 人化的表示出。將情緒空間的表示關係提出,讓情感機器人更能自 主,並呈現,讓其表現更接近現實人類,了解傳統互動,情緒上的互 動模式。更應該深入探討,有關更複雜的情緒狀態,更多的情感表情

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的探討,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。情緒行為的相互關係,內部情緒狀態除了 影響外部比表情之外,更能影響情為,因此情緒,行為,表情,這些 都是密不可分的,也可以在情緒,行為上去探討表情。情緒的持續影 響問題,現在的情緒會影響目前的表情狀態變化,也會影響下一秒,

下一分的情緒變化,有著因果的關係存在,情緒的影響增加了情緒表 情上的變因,樂不思蜀就可以探討的情緒表情之一。情感的感知,在 敢知上,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的表達方式而不同,

顯現的程度也不盡相同,原因是哪些因素,哪些對象等等,都為一探 討情緒表情的重心。藉由其情緒表達的不同,人格特性不同,去揣測 機器人的情緒行為,特質等等,讓機器人具備屬於個體,且單獨的情 感情緒特質,獨立特性,自我表情,自我的情緒表達系統。

目前系統核心尚以程式控制型機器人為主(按預先要求的順序及 條件,依次控制機器人之機械動作)。從大多數心理學家研究指出,

人之所以會有情緒行為事件是當感受到外界刺激時,透過內心認知處

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理過程與感覺經驗之判斷來產生情緒行為[4],而認知處理過程與感 覺經驗之判斷為未來可發展之系統核心,使得機器人為擁有自我情感 表達之智慧型機器人(以人工智慧決定其行動的機器人)。

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參考文獻

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Studies in

Social & Emotional Development, 1997.

參考文獻

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