机器智能：人工心理

本书是一本较为全面地介绍人工心理的研究方法和相关技术的著作。在对人工心理、人工情感和情感计算的基本概念、主要内容和应用领域进行介绍之后，分别对心理建模、情感建模、人工大脑、人脸识别、人脸合成、表情识别、行为理解、人性化信息服务系统、数字虚拟人技术、个人机器人技术做了详细的介绍，并对对人工心理的未来研究做了展望。

王志良，男，教授/博导，享受国务院特殊津贴专家，北京市教师。北京科技大学首席教授，北京科技大学学术委员会委员、智能科学系主任。1982年毕业于东北重型机械学院（今燕山大学）工业自动化专业，获工学学士学位：1985年毕业于哈尔滨工业大学电子系，获工学硕士学位：1988年毕业于哈尔滨工业大学电气工程系，获工学博士学位：1991年毕业于浙江大学电工博士后流动站，随后来到北京科技大学任教至今，历任副教授、教授。1995年被聘为博士生指导教师。学术任职：中国人工智能学会理事。主持完成或正在承担国家973子项目、国家自然科学基金项目，国家攻关项目，*重点科研项目，*博士点基金项目等多项科研项目。指导博士，硕士研究生四十多人，发表学术专著2部，合著2部，发表学术论文60余篇，其中被SCI，EI，ISTP收录30多篇。获得国家教学成果二等奖和北京市教学成果一等奖（排名第三）。2006年，被授予北京市教师称号。
1998年，所提出的人工心理的概念，受到了国内外的关注。1999年，所写论文《人工心理学》被IPMM99, ICAI99两个国际会议接受为大会主题发言：2000年《人工心理理论的探索研究》得到中国自然科学基金资助：2003年，当选为中国首届情感计算会议程序委员会委员：2004年《人工心理》被*“和谐人机交互技术”高级研讨班邀请为专家主题报告（总共6个专家报告）；2005年，《人工心理的研究》被东京大学《全球人工科学与人工艺术研究名录》收录：2005年《人工心理研究进展》被IEEE，《SOFT-COMPUTING》国际会议(WSST05)邀请为主题报告：2005年，被选为首届情感计算国际会议组织委员会委员。人工情绪的研究项目又得到中国自然科学基金的资助。可以说，所倡导的人工心理研究已经初步为国内外所接受和认可。2005年，发起成立了《中国人工智能学会人工心理与人工情感专业委员会》（筹），任委员会主任。并组织召开了全国首届人工心理与人工情感学术会议。

前言
第1章 人工心理
1.1 NBIC会聚技术
1.2 数字人技术
1.3 人工心理相关研究
参考文献
第2章人工大脑
2.1概论
2.1.1“人工大脑”的概念
2.1.2“人工大脑”的技术与实现
2.2大脑的基本知识
2.2.1概述
2.2.2大脑的基本组织结构
2.2.3大脑的三个部分
2.2.4左右脑的区别与联系
2.2.5左右脑的结构与功能
2.2.6左右脑协调工作的机理
2.3事件相关脑电位在脑科学研究中的作用
2.3.1事件相关脑电位的提取原理
2.3.2事件相关脑电位在认知科学与脑科学研究中的重要作用
2.4脑机接口（BCI）技术
2.4.1BCI技术概述
2.4.2BCI技术的发展历史
2.4.3BCI技术的应用领域
2.4.4BCI脑控机器人技术
2.5人工大脑简单记忆功能的电路实现
2.5.1Hopfield神经网络
2.5.2电路设计
2.5.3电路的实现过程与实验结果
参考文献
第3章人工情感
3.1概论
3.2情绪心理学
3.2.1基本情绪理论
3.2.2情绪的主要成分
3.2.3情绪的维度描述
3.2.4基本情绪与复合情绪
3.3情感计算的数学模型与情感形式化
3.3.1情绪的数学描述
3.3.2几种典型的情绪数学描述
3.3.3心理学中对情绪量化的思考
3.4人工情感的数学模型
3.4.1国际人工情感计算模型
3.4.2人工心理的情感形式化方法
3.5未来研究需要解决的问题
参考文献
第4章人脸工学
4.1人脸检测与跟踪技术
4.1.1人脸检测
4.1.2人脸跟踪方法
4.1.3人脸面部特征的提取
4.2表情识别技术
4.2.1表情识别方法
4.2.2人脸面部的特征检测及表情识别
4.3人脸合成技术
4.3.1概述
4.3.2VC环境下人脸表情动画的实现
4.3.3动画的实现与结果
参考文献
第5章人类心理行为的图像理解技术
5.1概论
5.1.1基于视觉的人体运动分析
5.1.2运动检测
5.1.3目标分类
5.1.4人体跟踪
5.1.5行为的理解和描述
5.2人体的检测与跟踪技术
5.2.1概述
5.2.2基于区域的人体运动跟踪
5.2.3基于小波变换的分层块匹配多目标跟踪方法
5.2.4运动物体的特征提取与跟踪
5.2.5目标的识别与分类
5.2.6运动体运动状态估计
5.2.7卡尔曼滤波器在物体运动跟踪中的应用
5.2.8运动物体检测和跟踪原型系统的实现
5.3疲劳检测与视线追踪技术
5.3.1疲劳驾驶中打盹的检测
5.3.2视线追踪技术
参考文献
第6章基于人工心理的个性化商品导购系统
6.1面向Internet的个性化智能商品导购空间
6.1.1个性空间的构想起源
6.1.2国内外在智能交互领域的研究现状
6.1.3个性化智能商品导购空间的结构与功能
6.1.4个性化智能商品选购系统的网络平台搭建方法
6.2个性化交互系统数据库的设计
6.2.1HSV颜色模型及量化方法
6.2.2服装商品的特点与设计理念
6.2.3服装商品特征库的建立
6.2.4客户情感数据库的建立
6.2.5实验结果与分析
6.3个性化交互系统在线智能推理机的建立
6.3.1使用遗传算法搭建顾客心理模型
6.3.2使用人工神经网络进行顾客心理模型的搭建
6.4基于RBF神经网络的离线推理机建模
6.5色彩与人工心理对应关系的建模与应用
6.5.1色彩心理效应研究和实验数据的采集
6.5.2色彩与人工心理对应关系的建模方法
6.5.3色彩心理效应模型在个性咨询系统中应用算法的设计
6.6对顾客购买结果的综合推断——贝叶斯网络方法的应用
6.6.1贝叶斯网络理论基础
6.6.2贝叶斯网络结构的设计
6.6.3实验与结果分析
6.7满足个性心理的服装选购计算机系统
6.7.1个性化智能商品选购系统的注册与登录
6.7.2个性化智能交互系统的实现
6.7.3私人着装咨询服务
6.7.4虚拟试衣间服务的搭建
参考文献
第7章数字虚拟人技术
7.1虚拟人技术
7.2虚拟现实技术
7.2.1概述
7.2.2主流技术介绍
7.2.3三维人脸建模的相关技术及算法
7.3虚拟数字人的发展方向
7.4情感虚拟人系统
7.4.1文本处理和回答的产生
7.4.2应用贝叶斯网络进行个性化建模
7.4.3从情绪到情感的转换
7.4.4情感与表情的同步化过程
7.4.5情感虚拟人个性化设计
7.5基于三维人脸建模的人机交互系统中情感虚拟人的设计与实现
7.5.1情感虚拟人系统的总体设计
7.5.2情感虚拟人三维人脸模型的实现
7.5.3基于Candide模型的三维人脸建模
7.5.4人脸模型的变换
7.5.5脸部表情的运动计算
7.5.6纹理贴图
7.5.7情感虚拟人的表情合成
7.6情感虚拟人系统的结果分析
7.6.1初始化情感模型
7.6.2情感交互系统的实现与结果分析
参考文献
第8章个人服务机器人技术
8.1服务机器人
8.1.1概述
8.1.2个人机器人技术
8.1.3情感机器人
8.2机器人实验平台
8.2.1情感机器人的主要技术
8.2.2机器人的系统结构
8.2.3机器人系统模块的划分
8.3机器人实验系统的技术实现
8.3.1机器人语音识别的实现
8.3.2机器人语音合成的实现
8.3.3机器人视觉的实现
8.3.4人脸检测的实现
8.3.5上下位机通信的实现
8.3.6机器人情感交互的实现
8.3.7实验结果
8.4机器人的情感信息处理
8.4.1语音情感信息处理
8.4.2表情信息处理
8.4.3其他情感信息处理
8.4.4情感信息融合
8.4.5机器人情感行为的表达
8.5人工心理在机器人实验系统中的应用
参考文献
第9章未来研究
9.1基于马斯洛需求层次论的人工心理模型
9.1.1人机交互结构模型
9.1.2基本生理、安全模型
9.1.3情感模型
9.1.4学习模型
9.2基于意识的人工心理模型研究
9.2.1意识的基本概念
9.2.2人脑的信息处理机制
9.2.3模型的建立
9.2.4系统仿真的实现
9.3情绪的非线性数学描述
9.3.1情绪的非线性特征
9.3.2非线性动态理论可以用于情绪建模的原因
9.3.3将非线性动态理论应用到情绪系统中的设想和困难性
9.4人工心理研究平台的建设
参考文献
附录缩略语

以人为中心的技术研究已经成为信息学科乃至科学研究的重要发展方向之一。人工智能学科以其独特的魅力吸引着越来越多不同学科研究者投入其中，广义人工智能、人工生命、人工大脑、人工情感、人工免疫和人工心理等多种人工科学的理论方法不断涌现。同时，它带给我们的挑战是要求研究者要具有心理学、脑科学、神经科学、信息科学等多学科知识背景。作者就是在这种新世纪科学技术多学科合作交叉研究的时代特征下，进行人工心理研究并萌生写作本书的想法。
人工心理理论是利用信息科学的手段,对人的心理活动的更全面内容(尤其是情感、意志、性格、创造等)的再一次人工机器(计算机、模型算法等)实现。自1998年提出人工心理的概念以来，作者所领导的课题组一直进行了若干探索性研究，取得了一些研究进展。并整理汇集到本书之中，与读者共享研究成果。
全书共分为9章。第1章主要介绍人工心理的基本概念与研究内容；第2章介绍了人工大脑的基本方法及其前沿研究；第3章叙述了人工情感的基本内容与情感计算方法；第4章介绍了人脸工学的研究内容；第5章对人类行为理解的图像处理技术作以介绍；第6章主要介绍了基于人工心理的个性化商品导购计算机信息系统；第7章介绍了虚拟人技术，主要是对虚拟人的认知心理数字化技术的介绍；第8章论述了以人为服务对象的个人机器人技术；第9章展望了人工心理的未来研究。
全书由王志良执笔统稿。刘欣进行了全稿的校正和修订工作。王国江、刘欢、朱大鹏参与了第2章的研究工作或资料整理；刘冀伟、魏哲华、腾少冬、张琴、车玲玲、祝长生参与了第3章的研究工作或资料整理；徐正光、程宁、刘芳、王丽娟、陆晓娟参与了第4章的研究工作或资料整理；韩洪哲、韩忠涛、王晓伟参与了第5章的研究工作；王莉、马鋆、王婷婷、张琴参与了第6章的研究工作或资料整理；赵薇、王娟参与了第7章的研究工作或资料整理；解仑、张雪元、李庆恩参与了第8章的研究工作或资料整理。
这里，首先感谢国家自然科学基金委员会信息学部自动化学科徐孝涵老前辈，没有徐先生独到慧眼、力排众议的创新支持，就没有人工心理概念的提出；感谢国家自然科学基金重点项目(项目编号：No.61432004)、国家重点研发计划项目(课题编号：No.2016YFB1001404)的支持；没有国家的支持，就没有人工心理的研究发展。感谢中国人工智能学会涂序彦、钟义信前辈的支持扶植；特别感谢机械工业出版社孙流芳老师、牛新国老师的大力支持，本书才得以出版。
由于作者的水平与对人工心理的研究有限，书中肯定有不少的缺点与疏漏之处，敬请读者继续批评指正。

王志良于北京科技大学