情感計(jì)算： 不再是冷冰冰的機(jī)器

沈臻懿

傳統(tǒng)的人機(jī)交互過程中，用戶雖可借助屏幕、鍵盤、鼠標(biāo)等形式來實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“交流”，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也能精準(zhǔn)執(zhí)行用戶發(fā)出的各類指令，但卻始終無法理解和體會(huì)人類的心緒或情感。隨著當(dāng)前人工智能時(shí)代的來臨以及認(rèn)知科學(xué)、心理科學(xué)等領(lǐng)域的不斷深化研究，人們開始期待能夠像朋友般與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交流。實(shí)現(xiàn)這一愿望的關(guān)鍵，即需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有如同人類一般的情感。在此背景下，“情感計(jì)算”領(lǐng)域漸漸映入人們的眼簾。借助這一前沿技術(shù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅能夠?qū)η楦羞M(jìn)行抓取、識(shí)別、分析與表達(dá)，更能擺脫其原先“冷冰冰”的機(jī)器感，真正實(shí)現(xiàn)與人類的情感交流與溝通。

為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)尋求“讀心術(shù)”

而今，計(jì)算機(jī)已然成為人們社會(huì)生活中不可或缺的重要組成部分。不少人在一天中的大部分時(shí)間內(nèi)，都會(huì)面對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕進(jìn)行操作和工作。通常情況下，計(jì)算機(jī)只是作為一種輔助工作或社會(huì)生活的工具而存在。然而，是否會(huì)有人不再將計(jì)算機(jī)僅視為一臺(tái)機(jī)器或工具，而是嘗試像朋友一般與其進(jìn)行情感交流與溝通？這一問題解答的關(guān)鍵，在于人機(jī)交互中的情感交互。

現(xiàn)階段，諸如語音識(shí)別、文字識(shí)別等自然語言交互技術(shù)已發(fā)展得較為成熟。諸如微信聊天語音的文字轉(zhuǎn)換功能，文件掃描的OCR文字識(shí)別功能，都是極為典型的事例。但人機(jī)交互過程一旦從自然語言跨越至情感溝通時(shí)，人們所面對(duì)的仍是一臺(tái)沒有絲毫情感的“冷冰冰”的機(jī)器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)既無法觀察人的情感表現(xiàn)，也無法理解人的情感變化。不過，隨著當(dāng)前人工智能新浪潮的風(fēng)起云涌，前述問題涉及的感知智能已逐漸成為一項(xiàng)核心研究領(lǐng)域。

與自然語言交互一樣，情感交互作為感知智能的有機(jī)組成部分，同樣是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者說是機(jī)器人與人類之間互動(dòng)與溝通的重要手段之一。人工智能時(shí)代下，人們對(duì)于機(jī)器人能夠辨別用戶情感，并予以智能回應(yīng)的愿望與需求尤為迫切。從某種程度而言，“人機(jī)情感交互”與“人和人交流”之間有著異曲同工之處，其最為關(guān)鍵的即是計(jì)算機(jī)能夠擁有類人的“情感智能”能力。為了消除人類和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間客觀存在的情感交互障礙，有研究者就此提出了“情感計(jì)算”的概念，以期對(duì)人機(jī)交互過程中的情感信息予以專門處理。

簡(jiǎn)單來說，“情感計(jì)算”就好比是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者說是機(jī)器人所尋求的“讀心術(shù)”技能——擁有情感計(jì)算的能力。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦能夠借助于這一“讀心術(shù)”進(jìn)行察言觀色，未來或?qū)⒕哂薪跤谌祟惖闹悄芩?，進(jìn)而變得更為強(qiáng)大和聰明。

情感計(jì)算與人機(jī)互動(dòng)

人類對(duì)于自身情感的研究，已經(jīng)歷了百余年的歷史。但在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，很少有人會(huì)將情感與“冷冰冰”的無生命的機(jī)器相聯(lián)系。唯有在科幻作品中，才有各類擁有類人智慧與情感的機(jī)器人出現(xiàn)。對(duì)于傳統(tǒng)的人機(jī)交互而言，其主要通過屏幕、鍵盤、鼠標(biāo)等方式來進(jìn)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地執(zhí)行用戶發(fā)出的各類指令，卻始終無法理解和體會(huì)人類的心緒或情感。人類之間的交流與溝通不僅自然，且充滿感情，久而久之，人類在與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“朝夕相處”中也難免“日久生情”，進(jìn)而期待其能夠具備情感能力。可以說，“情感計(jì)算”的問世，是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的研究者首次將探索目光匯聚至人類自身的內(nèi)心活動(dòng)。只有首先認(rèn)識(shí)人類自己的情感，才能對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而適用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或機(jī)器人之中。

所謂情感計(jì)算，最初由被譽(yù)為情感計(jì)算之母的麻省理工學(xué)院（MIT）羅莎琳德·皮卡德（Rosalind Picard）教授所首創(chuàng)。在皮卡德教授的長(zhǎng)期研究生涯中，其一直致力于探索如何將人類的情感轉(zhuǎn)換為“0”和“1”的計(jì)算機(jī)語言。她提出，情感計(jì)算是與情感有關(guān)的，來源于情感或者能夠?qū)η楦惺┮宰饔玫囊环N計(jì)算。情感計(jì)算的研究與發(fā)展，很大程度上源自于當(dāng)前人工智能背景下，認(rèn)知科學(xué)與心理科學(xué)等研究領(lǐng)域在人的情感與智能等方面所取得的長(zhǎng)足進(jìn)展。情感計(jì)算的最終目的，就要通過賦予計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類似于人類的觀察、識(shí)別、理解、表達(dá)以及生成各類情感表現(xiàn)的能力，來構(gòu)建起和諧的人機(jī)互動(dòng)環(huán)境，從而令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備更高、更全面的智能，能使其如同人類般進(jìn)行自然、生動(dòng)且親切地交流與互動(dòng)。

情感計(jì)算的重要基礎(chǔ)之一，便是讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)掌握情緒識(shí)別的能力。相信在大家已略顯模糊的記憶中，可能還會(huì)記得初識(shí)微軟Office系統(tǒng)時(shí)，在打開Word軟件的同時(shí)，都會(huì)有一個(gè)類似于大眼睛曲別針圖案的Office智能助手Clippy出現(xiàn)。Clippy實(shí)際上是一個(gè)極其聰明的機(jī)器學(xué)習(xí)型人工智能（AI）。其可以準(zhǔn)確識(shí)別并判斷用戶在Word中所輸入的究竟是普通文字還是信件等文檔。但在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，大部分用戶對(duì)于Clippy的態(tài)度，似乎都不甚友好。用戶在使用Office系統(tǒng)時(shí)，可能不是在艱辛工作，就是在苦思冥想。通常來說，用戶此時(shí)的心情都較為陰郁。但Clippy無論在何時(shí)，都看上去極為開心。試想一想，人們?cè)谛那椴患褧r(shí)，看到過于開心的Clippy，難免會(huì)更受刺激。因此，當(dāng)比爾·蓋茨的微軟宣布Clippy將被取消時(shí)，大部分用戶都為之雀躍。甚至有人說道：“Clippy就應(yīng)該被吊死！”Clippy可謂是“生不逢時(shí)”，雖極為聰明，但卻缺乏情緒識(shí)別的能力，難以通過情感計(jì)算來識(shí)別、理解和反饋各類情感特征。

對(duì)于人類社會(huì)而言，如果當(dāng)某人心情不佳，別人看到其時(shí)，也會(huì)隨即調(diào)整表情，使自己看上去不再那么開心，以免進(jìn)一步刺激到心情不佳之人。這一情緒調(diào)節(jié)的背后，就是人類所擁有的感知、識(shí)別情感的能力。為了使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有與人類接近的情感能力，并能實(shí)現(xiàn)與人類的交互，就必須讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在情感方面變得更為強(qiáng)大與智能。因而，科學(xué)家嘗試應(yīng)用計(jì)算的方式，來讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠了解、感知并識(shí)別人類的情感狀態(tài)，并能在理解該狀態(tài)的基礎(chǔ)上，給出恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。

情感是如何得以被“計(jì)算”的

情感雖然是一種內(nèi)在的主觀感覺，但總會(huì)伴隨著各類外在的表情。作為人類的非語言型交流方式，表情包括了面部表情、語調(diào)表情以及姿態(tài)表情等。面部表情即是面部肌肉變化所構(gòu)成的各類組合。其不僅是人類常用的一種情感表現(xiàn)方式，也是人類用以情感鑒別的主要依據(jù)。語調(diào)表情，則是通過人類語音的抑揚(yáng)、頓挫、強(qiáng)弱、高低等不同表現(xiàn)形式，來反映出說話人的情感動(dòng)態(tài)。在人與人的交往過程中，語音通常是人類最為直接的交流平臺(tái)。姿態(tài)表情，即所謂的肢體語言，其通常隨著交互過程的深入而產(chǎn)生變化，并在其中傳達(dá)著特定個(gè)體的相關(guān)情感信息。

借助于特定的儀器設(shè)備，科學(xué)家可以對(duì)各類表情進(jìn)行深入研究。譬如，同樣是笑容，就有微笑、開懷大笑、苦笑，甚至是真笑或假笑等多種類型。人們?nèi)羰钦嫘r(shí)，其大腦左半球的電活動(dòng)將增加，面頰會(huì)上揚(yáng)，眼部周圍的肌肉也會(huì)推起；如若是假笑，則大腦左半球基本無電活動(dòng)，面部?jī)H有嘴唇肌肉活動(dòng)，且下顎呈現(xiàn)出下垂?fàn)顟B(tài)。這些面部活動(dòng)的細(xì)小表情變化，都可以使用儀器設(shè)備進(jìn)行記錄和監(jiān)測(cè)。

從情感計(jì)算的科學(xué)原理而言，其可以通過各類傳感儀器的介入與應(yīng)用，來獲取人類由于情感表達(dá)與傳遞所引發(fā)的生理和行為的特征信號(hào)，并建立起專門的“情感模型”。情感計(jì)算中可以應(yīng)用的生理指標(biāo)種類極為豐富。無論是心律、呼吸、血壓、汗液分泌、皮膚電活動(dòng)、皮質(zhì)醇水平，抑或瞳孔直徑、驚反射、腦電等感知信號(hào)，都可從中提取到情感特征，從而分析出人類情感與各類感知信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)程度。譬如，通過對(duì)皮膚電反應(yīng)這一生理指標(biāo)的獲取與計(jì)算，可以測(cè)定特定個(gè)體的情感喚醒程度；而對(duì)于驚反射生理指標(biāo)的獲取與計(jì)算，則可以測(cè)定特定個(gè)體的情感愉悅程度。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得以具備感知、接觸、識(shí)別與理解人類情感的核心能力，并能夠針對(duì)用戶的不同情感來做出智慧、友好且靈敏的反饋，最終打造出真正和諧與無障礙的人機(jī)互動(dòng)環(huán)境。

情感計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，涉及情感信號(hào)的抓取、情感心緒的識(shí)別、情感狀態(tài)的理解以及情感交互的表達(dá)等核心技術(shù)領(lǐng)域。情感信號(hào)的抓取，其實(shí)便是通過各類儀器設(shè)備對(duì)情感信號(hào)予以記錄的一項(xiàng)專門技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)較為笨重、不易搬動(dòng)，且導(dǎo)線、電極復(fù)雜纏繞的多導(dǎo)生理測(cè)試儀器而言，各類前沿可穿戴裝備技術(shù)的相繼問世，為面部表情、語音、站姿、手勢(shì)、皮膚電、脈搏、心律等情感信號(hào)的抓取提供了極大便利。無論是可測(cè)定生理指標(biāo)的鍵盤、鼠標(biāo)，還是能夠監(jiān)測(cè)脈搏、心律的項(xiàng)鏈及手環(huán)，前述可穿戴裝備技術(shù)在與用戶緊密結(jié)合的同時(shí)，可直接融入人機(jī)交互環(huán)節(jié)進(jìn)行用戶情感信號(hào)的抓取。需要注意的是，情感是一個(gè)多項(xiàng)成分復(fù)合的集成概念，包括了生理、內(nèi)在、外顯三方面內(nèi)容。這就需要在情感信號(hào)的獲取上采用多種技術(shù)裝備，以同步記錄各部分的情感信號(hào)狀態(tài)。

對(duì)于抓取獲得的情感信息，需要對(duì)其進(jìn)行分析，從而識(shí)別其內(nèi)在的情感狀態(tài)，即所謂的情感心緒的識(shí)別。這一技術(shù)的難點(diǎn)之處，在于情感信號(hào)與情感狀態(tài)之間是極為復(fù)雜的多對(duì)多映射關(guān)系。為了最大程度還原并識(shí)別出交互對(duì)象真實(shí)的情感心緒，科學(xué)家致力于生活情境下的情感狀態(tài)識(shí)別。不過，真實(shí)生活前提下的情感狀態(tài)識(shí)別有別于實(shí)驗(yàn)室條件下的研究，人類情感的變化會(huì)受到情境的影響。對(duì)于情境而言，其不僅推動(dòng)著情感的產(chǎn)生與變化，更為情感識(shí)別與溝通傳輸著大量信息。因此，科學(xué)家在研究過程中，需要通過無線網(wǎng)絡(luò)、攝像探頭、傳感設(shè)備等諸多方式，隨時(shí)感知特定個(gè)體的動(dòng)作、位置等與情境有關(guān)的信息，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)慕２?duì)建模參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，來提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于情感識(shí)別的準(zhǔn)確率。

試想一下，如果當(dāng)用戶在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)面前流露出極為困惑，甚至略帶沮喪的表情時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能即刻給予用戶鼓勵(lì)，并提供有益建議，這便是情感計(jì)算的一大效用。實(shí)現(xiàn)前述假設(shè)的核心技術(shù)，則是情感狀態(tài)的理解及反饋。其是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠在情感獲取與識(shí)別的基礎(chǔ)上，對(duì)人類特定情感產(chǎn)生的原因作出分析，并在此基礎(chǔ)之上給予恰當(dāng)、合理的情感反饋。只有真正具備這一核心能力，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能稱得上是實(shí)現(xiàn)了人類般的情感與智慧，從而能夠真正給用戶以情感體驗(yàn)與支持。

類似于人與人之間的情感交流與表達(dá)，人機(jī)交互中所涉及的情感表達(dá)，則是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的交互設(shè)備來向用戶傳遞和表達(dá)情感。為了迎合人類的情感表達(dá)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要通過擬人化的方式，如動(dòng)畫、語音、色彩、音樂等多維度手段來進(jìn)行情感的交流和表達(dá)。隨著人工智能的強(qiáng)勢(shì)來襲，情感計(jì)算在情感交流與表達(dá)的縱深層面上也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。情感計(jì)算與面部圖像合成技術(shù)的融合，令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者機(jī)器人合成出了更為復(fù)雜的面部影像。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅可以憑借面部表情、語音語言、肢體動(dòng)作等來表達(dá)憤恨、愉悅或憂傷等情感，甚至能在特定情境背景下傳遞出更為細(xì)膩的“內(nèi)心波動(dòng)”。在我們的傳統(tǒng)印象中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬出的語音多為平淡、無音調(diào)變化，甚至略顯死板的機(jī)械合成音。但隨著情感計(jì)算的介入，語音作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳遞、表達(dá)其情感的一大途徑，同樣能夠根據(jù)特定情境，來展現(xiàn)出其時(shí)而憂郁、時(shí)而歡快，又時(shí)而悲傷的不同語調(diào)表情。

情感計(jì)算適用領(lǐng)域的微觀縮影

情感計(jì)算技術(shù)的興起與發(fā)展，令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有了讀取并分析用戶情緒的強(qiáng)大能力。對(duì)于這一技術(shù)的潛能挖掘，或者可以幫助自閉癥患者獲取、理解他人的情緒，或者可以表達(dá)自身的情緒，或者可以為獨(dú)居老人、住院患者等特定群體多一位“知心人”陪伴……在一些適用領(lǐng)域中，情感計(jì)算已展現(xiàn)出其自身的特殊價(jià)值。

不幸罹患自閉癥的患者，在語言、行為以及人際交往上往往都與社會(huì)存在著巨大的障礙與壁壘。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2011年4月2日“第四個(gè)世界自閉癥關(guān)注日”，全世界自閉癥患者已達(dá)6700萬，尤其發(fā)病率在全球呈急劇上升趨勢(shì)。對(duì)于這些離“上帝”最近的特殊群體，情感計(jì)算技術(shù)的介入，或許將為其帶來意想不到的福音。

作為情感計(jì)算之母的羅莎琳德·皮卡德教授，專門為埃斯伯格綜合征的患者開發(fā)了一款情緒識(shí)別眼鏡。對(duì)于埃斯伯格綜合征患者而言，其雖愿意與他人交往并玩耍，但卻難以理解面部表情、肢體姿態(tài)等人類情感的表達(dá)信息。這就使得患者難以建立和維系良好的人際關(guān)系及友誼，往往會(huì)被同伴所孤立。患者通常只能將其關(guān)注點(diǎn)集中在某一特定主題上，且難以讀懂社會(huì)生活和人際交往中的各類情感交互形式。該款情緒識(shí)別眼鏡的作用，便是當(dāng)患者失去興趣或出現(xiàn)厭倦時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出警告。這款眼鏡采用了情感計(jì)算技術(shù)，并配有特定的燈光顯示，該燈光顯示只有佩戴者才能看到。當(dāng)埃斯伯格綜合征患者開始與他人交流談話時(shí)，集成在眼鏡中的燈光就會(huì)呈現(xiàn)出黃色閃爍狀態(tài)。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換交流話題以更好地與他人溝通時(shí)，眼鏡便會(huì)不斷閃爍紅光來警示佩戴者。

此外，對(duì)于自閉癥患者而言，難以表達(dá)自身情感往往是其極為痛苦的一件事情。因此，羅莎琳德·皮卡德教授也嘗試開發(fā)了一款基于情感計(jì)算技術(shù)的傳感器。該傳感器可以由自閉癥患者自行佩戴在手腕之上。傳感器通過感知患者皮膚的溫度、電導(dǎo)率、活動(dòng)水平等生理指標(biāo)，來判斷患者當(dāng)前的情緒狀態(tài)，并通過一定方式予以輸出，從而為難以表達(dá)自身情感的自閉癥患者帶來希望與福音。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com