兒童交通安全教育虛擬教師

兒童交通安全教育虛擬教師熊文建相關(guān)領(lǐng)域的介紹智能教學(xué)系統(tǒng)(ITS,IntelligentTutoringSystem)交互式講故事(InteractiveStorytelling)兒童交通安全智能教學(xué)系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)模塊和各模塊設(shè)計(jì)總結(jié)不足與下階段工作智能教學(xué)系統(tǒng)(ITS)廣意上的智能教學(xué)系統(tǒng)包括所有具有智能機(jī)制并應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的軟件或程序。完整意義上的智能教學(xué)系統(tǒng)要求根據(jù)學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的情況做出反應(yīng)，這需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行建模，評(píng)估學(xué)生目前的狀態(tài)，并采取相應(yīng)的策略。ITS的主要內(nèi)容模塊交互方式專家模塊領(lǐng)域知識(shí)包括描述性知識(shí)和過程性知識(shí)理解機(jī)制學(xué)生模型對(duì)學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的情況建模對(duì)學(xué)生模型的評(píng)估教學(xué)策略SteveSteve交互方式：簡單的語音命令和半實(shí)體仿真器械。領(lǐng)域知識(shí)：具有因果關(guān)系的任務(wù)網(wǎng)絡(luò)。用戶行為：根據(jù)虛擬環(huán)境狀態(tài)的改變識(shí)別。用戶行為評(píng)價(jià)：根據(jù)因果推理評(píng)價(jià)。可擴(kuò)展性：適于復(fù)雜但結(jié)構(gòu)良好的任務(wù)，比如大型機(jī)器的操作和維護(hù)訓(xùn)練。

MRE(MissionRehearsalExercisesystem)MRE交互方式：自然語音命令。領(lǐng)域知識(shí)：在Steve的基礎(chǔ)上增加了情緒，采用評(píng)價(jià)機(jī)制感知、產(chǎn)生和表現(xiàn)情緒。其它智能教學(xué)系統(tǒng)其它智能教學(xué)系統(tǒng)其它智能教學(xué)系統(tǒng)InteractiveStorytelling相關(guān)領(lǐng)域的介紹兒童交通安全智能教學(xué)系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)模塊和各模塊設(shè)計(jì)總結(jié)不足與下一階段工作基本目標(biāo)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有良好的可擴(kuò)展性的兒童交通安全智能教學(xué)系統(tǒng)模型，其中包括一個(gè)具有示范、監(jiān)督等教學(xué)功能的虛擬教師。示范遵守交通規(guī)則行為的能力，對(duì)學(xué)生的操作做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。示范和監(jiān)督過程中要求豐富的語言和肢體語言描述能力，并能回答學(xué)生某些問題?？蓴U(kuò)展的內(nèi)容包括虛擬場景的地圖，虛擬交通設(shè)施的非本質(zhì)屬性，交通行為的定義，描述性知識(shí)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶可以控制虛擬替身，也可以與虛擬教師交互；虛擬環(huán)境和虛擬替身會(huì)發(fā)送某些事件消息給虛擬教師；虛擬教師能夠控制虛擬環(huán)境和虛擬替身；虛擬教師、虛擬環(huán)境、虛擬替身都需要將自己的狀態(tài)寫入內(nèi)存模型中；虛擬教師和虛擬替身需要讀取內(nèi)存模型，而虛擬環(huán)境中的智能物體，如汽車等，也要讀取內(nèi)存模型；內(nèi)存中存儲(chǔ)著虛擬教師、替身和環(huán)境的抽象模型，目前對(duì)虛擬教師和替身的建模只考慮空間屬性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖虛擬教師的模塊圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)感知層，接收外部事件和用戶命令，激發(fā)認(rèn)知行為和物理行為；

認(rèn)知行為層

示范模式，首先規(guī)劃全局路徑，然后進(jìn)行局部路徑和行為的規(guī)劃，并激發(fā)物理層行為；

監(jiān)督模式，識(shí)別虛擬替身行為，結(jié)合路徑規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)結(jié)果激發(fā)物理層行為；提示合成模塊的功能是根據(jù)提示請(qǐng)求，收集并組織提示信息片段，合成最終的提示內(nèi)容。

虛擬教師的物理層不僅能夠控制自身的物理行為，還能控制虛擬替身和場景的行為。

虛擬教師的模塊圖領(lǐng)域知識(shí)虛擬場景空間結(jié)構(gòu)路徑當(dāng)前關(guān)注的交通設(shè)施交通設(shè)施及其對(duì)應(yīng)的交通規(guī)則交通設(shè)施建模交通行為建模，包括行為產(chǎn)生和行為識(shí)別虛擬場景空間結(jié)構(gòu)建模尋路算法①將起點(diǎn)和終點(diǎn)插入接口圖；

②在接口圖中進(jìn)行路徑搜索；

③回溯確定導(dǎo)航點(diǎn)。

輸出結(jié)果：接口路徑及其導(dǎo)航點(diǎn)列表，柵格路徑結(jié)點(diǎn)圖和A*算法A*（A-Star)算法是一種靜態(tài)路網(wǎng)中求解最短路最有效的方法。

估價(jià)函數(shù)：

f(n)=g(n)+h(n),

其中f(n)是節(jié)點(diǎn)n從初始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的估價(jià)函數(shù)，

g(n)是在狀態(tài)空間中從初始節(jié)點(diǎn)到n節(jié)點(diǎn)的實(shí)際代價(jià)，

h(n)是從n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)最佳路徑的估計(jì)代價(jià)。

當(dāng)h(n)<=n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離實(shí)際值，則能得到最優(yōu)解。

當(dāng)h(n)>實(shí)際值,則不能保證得到最優(yōu)解。虛擬教師的模塊圖虛擬教師的基本行為能力行為執(zhí)行能力動(dòng)畫的執(zhí)行語音事件感知能力用戶控制命令與虛擬環(huán)境狀態(tài)有關(guān)的變化與虛擬替身狀態(tài)有關(guān)的變化計(jì)時(shí)能力虛擬教師的模塊圖行為規(guī)劃任務(wù)描述：從當(dāng)前位置在遵守交通規(guī)則的情況下到達(dá)當(dāng)前的導(dǎo)航點(diǎn)。

If……then……示范行為定義當(dāng)前狀態(tài)自身狀態(tài)模型交通設(shè)施狀態(tài)模型所在區(qū)域交通燈狀態(tài)示范行為斑馬線安全區(qū)域綠燈向?qū)Ш近c(diǎn)走斑馬線安全區(qū)域紅燈等待斑馬線非安全區(qū)域黃燈向?qū)Ш近c(diǎn)跑……行為判定單幀行為比如紅燈狀態(tài)下過馬路根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)與行為定義比較如行為規(guī)劃那樣的方法判定持續(xù)性行為比如在斑馬線中間逗留20秒具有時(shí)間持續(xù)性的行為當(dāng)前區(qū)域下一幀區(qū)域交通燈狀態(tài)替身行為判別事件斑馬線安全區(qū)域斑馬線非安全區(qū)域紅燈不考慮闖紅燈斑馬線非安全區(qū)域不考慮不考慮倒退在斑馬線上后退具有時(shí)間持續(xù)性的行為建模行為持續(xù)過程觸發(fā)事件維持事件中斷事件觸發(fā)狀態(tài)中斷狀態(tài)結(jié)束狀態(tài)需要判定以下一些行為：在斑馬線上逗留20秒；（在斑馬線上時(shí)）交通燈變黃色后3秒內(nèi)作出跑的動(dòng)作；替身5秒內(nèi)沒有動(dòng)作……由觸發(fā)事件、中斷事件、持續(xù)事件、持續(xù)時(shí)間和觸發(fā)狀態(tài)、中斷狀態(tài)、結(jié)束狀態(tài)組成。具有時(shí)間持續(xù)性的行為建模觸發(fā)事件維持事件中斷事件持續(xù)時(shí)間中斷延時(shí)結(jié)束進(jìn)入斑馬線無出斑馬線20秒無行為斑馬線上長時(shí)間逗留交通燈變黃色無替身跑3秒交通燈警示馬上過馬路，很好！無行為替身無行為無替身任何動(dòng)作5秒無行為用戶沒反應(yīng)了替身跑替身跑無5秒無行為用戶跑了5秒提示合成根據(jù)不同的提示請(qǐng)求和當(dāng)前推理過程收集并組織提示信息。比如全局路徑介紹提示請(qǐng)求要求收集并組織當(dāng)前全局路徑中的提示信息。提示信息包括文本信息和提示動(dòng)作信息。虛擬教師的模塊圖總結(jié)設(shè)計(jì)了