Intelligenter virtueller Agent

Intelligente virtuelle Agenten sind autonome, grafisch modellierte und animierte Charaktere in einer virtuellen Umgebung, die eine künstliche Intelligenz besitzen. Für eine lebensnahe Wirkung interagieren sie mit ihrer Umgebung, untereinander oder mit Menschen mit Hilfe natürlicher Modalitäten, wie Sprache, Mimik und Gestik. Die Wahrnehmung und Handlung in Echtzeit ermöglicht es ihnen Teil eines dynamischen, sozialen Umfelds zu sein.

Abgrenzungen

• Abgrenzung zu Animationsfilmen: Intelligente virtuelle Agenten werden aufgrund von Interaktivität in Echtzeit gerendert. Im Gegensatz zum Echtzeitrendern benutzt die Filmindustrie das Offline-Rendering-Prinzip um Animationsfilme zu produzieren. Beim Offline-Rendering Prinzip wird vorher festgelegt, was gerendert werden soll. Daraufhin erfolgt die Berechnung eines Bildes, die mehrere Stunden dauern kann.
• Computeranimierte Charaktere in Kinofilmen sind keine intelligenten virtuellen Agenten, da ihre Verhaltensweise durch ein Drehbuch vorbestimmt ist.

Weitere Bezeichnungen

• Software-Agent: Dies ist die Bezeichnung für einen Agenten, welcher selbständig Aktionen in einer virtuellen Umgebung durchführen kann, um seine Ziele zu erreichen. Die Erscheinungsform des Agenten kann sich dort grafisch abbilden, wo sich ein strategischer Vorteil ergibt.
• Embodied Agent: Ein verkörperter Charakter ist ein System, in welchem ein Charakter in einer virtuellen Welt grafisch repräsentiert wird. Der Charakter kann dabei in Form eines Menschen oder eines Tieres dargestellt werden und trägt dazu bei, dass Benutzer ihn akzeptieren.
• Avatare werden vom Spieler gesteuert und weisen kein autonomes Verhalten auf.
• Nichtspielercharakter (NPC): Sind vom Computer nach den Regeln der künstlichen Intelligenz gesteuerte Charakter, die sich entweder freundlich oder neutral zum Spieler verhalten.

Einsatzgebiete

Intelligente virtuelle Agenten werden neben Computerspielen zur Unterhaltung auch im E-Learning Bereich und für anthropomorphe Benutzerschnittstellen eingesetzt.

Kernprobleme

Die Kernprobleme bei der Konzeption und Realisierung von intelligenten virtuellen Agenten liegen einerseits im Bereich der grafischen Modellierung und Visualisierung, andererseits bei der Echtzeit-Synchronisation von Sprache, Mimik und Gestik. Eine weitere Herausforderung ist es, den Agenten möglichst glaubhaft darzustellen.

Glaubhaftigkeit in Bezug auf virtuelle Agenten beschreibt die Bereitschaft des Benutzers sich auf die Illusion, die durch die Interaktion mit dem Agenten entsteht, einzulassen. Bereits Anfang der 1930er Jahre brachten die Animateure bei Disney durch die Art, wie die Figuren ihre Emotionen ausdrückten, das Publikum zum Lachen oder Weinen.

Für eine glaubhafte Darstellung muss der emotionale Zustand eines Charakters, insbesondere seine Ziele, Vorlieben und Abneigungen, klar definiert und für den Zuschauer zu jedem Zeitpunkt erkennbar sein. Außerdem können Emotionen besonders betont werden, um dem Zuschauer die Zeit zu geben, diese zu erfassen.

Weiterhin hat der Denkprozess des Charakters Einfluss auf seine Gefühle. Für den Zuschauer muss nachvollziehbar sein, in welchem Zustand sich der Charakter befindet.

In der Praxis haben sich 7 Merkmale herausgestellt, die einen Charakter lebensnah erscheinen lassen:

1. gesprächig: Der Agent kann glaubhaft eine Unterhaltung führen. Dazu gehört es z. B., dass er die Initiative zum Gespräch ergreift oder verschiedene Standpunkte widerspiegeln kann.
2. intelligent: Der Agent führt beispielsweise Konversation in dem Rahmen, der seiner Kompetenz entspricht.
3. individuell: Der Agent besitzt eine eigenständige Persönlichkeit und dynamische Emotionen, die er gerade auf seine eigene Art und Weise ausdrückt.
4. sozial: Der Agent soll Selbstbewusstsein im sozialen Kontext besitzen.
5. überzeugend: Der Agent soll emotional auf Ereignisse und Situationen reagieren können und auf die Emotionen seines Kommunikationspartners eingehen können.
6. vielseitig: Der Agent soll zufällig und veränderlich sein, wie wann und was seine Handlungen betreffen.
7. konsistent: Der Agent behält grundlegende Elemente in Konversation, Gestik, Körpersprache und Gesichtsausdrücken in sich ähnelnden Situationen bei.

Die Realisierung von virtuellen Agenten ist ein interdisziplinärer Prozess. Je nach Einsatzgebiet sind neben Grafikern und KI-Forschern auch Psychologen, Soziologen und Pädagogen am Entwicklungsprozess beteiligt.

Ein weiteres Problem bei der Realisierung ist die Integration von vielen teilweise nicht-standardisierten Softwarekomponenten, die in den unterschiedlichen Bereichen zu Entwicklung eingesetzt werden und zu einer komplexen Systemarchitektur führen.

In den folgenden Abschnitten werden weitere Kernprobleme detailliert beschrieben.

Visualisierung / Grafische Modellierung und Animation

Das Grafikdesign und die Animation eines Intelligenten virtuellen Agenten sind die optischen Komponenten, die zur Glaubhaftigkeit gegenüber dem menschlichen Benutzer beitragen und einen ersten Eindruck bei ihm hinterlassen.

In den Anfängen der Darstellung von virtuellen Agenten wurde meist auf 2D-Objekte zurückgegriffen. Beispielsweise können kontextabhängige, animierte GIF-Sequenzen zu einer ganzen Fülle von Bewegungsanimationen zusammengefasst werden. Aus diesem Pool von Animationsfragmenten kann dann während der Interaktion mit einem Benutzer zur Laufzeit die passende Animation herausgesucht und der aktuell laufenden angefügt werden.

Heutzutage werden hauptsächlich 3D-Modelle zur Darstellung von virtuellen Agenten verwendet. Die technischen Möglichkeiten bei der Erstellung der Grafik (Rendern (Design)) und Animation sind im Interaktionsbetrieb nicht mit denen von aktuellen 3D-Animationsfilmen vergleichbar. Da die Berechnungszeit eine wesentliche Rolle in der Interaktion mit einem Benutzer spielt, können keine aufwendigen Szenerien und detaillierte Agenten modelliert werden. Details des zu modellierenden Objektes sollten wenn möglich in den Texturen verarbeitet werden und nicht im 3D Objekt, um die Gesamtzahl von Polygonen so gering wie möglich zu halten.

Bekannte und weit verbreitete Tools zur 3D-Modellierung wären beispielsweise:

• Kostenpflichtige Tools:
  • 3ds Max (3D Studio MAX)
  • Maya
  • Autodesk Softimage (XSI)
  • Cinema4D

• Freeware:
  • Blender
  • AutoQ3D Community
  • Truespace

Verhaltensplanung und Verhaltenssteuerung

Für die Verhaltensplanung und Steuerung gibt es verschiedene Ansätze:

• Scripting in Computerspielen (z. B. LUA, das unter anderem in Spielen wie FarCry und World of Warcraft Anwendung findet)
• Planbasierte Systeme (z. B. ABL, das bei der Entwicklung von Facade genutzt wurde)
• Regelbasierte Systeme (z. B. Jess, mit dessen Hilfe beispielsweise das generische regelbasierte System von ERIC programmiert wurde)
• Kognitive Architekturen (z. B. SOAR, für das eine Beispielentwicklung ein pädagogischer Agent namens Steve ist)
• Graphbasierte Systeme (z. B. SceneMaker).

Mit ihnen werden die Planungssysteme erstellt und gelöst, um Aktionsfolgen für das Verhalten des intelligenten virtuellen Agenten zu erzeugen.

Grundlegend lässt sich die Verhaltensplanung und -steuerung in die Bereiche des verbalen (text- und sprachbasierte Kommunikation) und nonverbalen (Mimik und Gestik aber z. B. auch die Bewegung im Raum) Verhaltens aufteilen.

Verwendete Technologien

• Microsoft Agents
• Autorenwerkzeuge, z. B. MASH
• Standards
• Markup-Sprachen zur Spezifikation des multimodalen Verhaltens

Literatur

• Helmut Prendinger, Mitsuru Ishizuka (Hrsg.): Life-like characters. Tools, affective functions and applications. Berlin: Springer, 2004
• Justine Cassell, Joseph Sullivan, Elizabeth Churchill, Scott Prevost: Embodied Conversational Agents, Cambridge: The MIT Pres, 2000, ISBN 0-262-03278-3 (online)

Weblinks

• 10th International Conference on Intelligent Virtual Agents
• 2009 International Conference on Affective Computing & Intelligent Interaction
• Gathering of Animated Lifelike Agents
• Embodied Agents Research Group (EMBOTS) am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
• Virtuelle Charaktere am Lehrstuhl für Multimedia-Konzepte und Anwendungen der Universität Augsburg
• Virtual Humans Projekt am Institute for Creative Technologies (ICT)

Einzelnachweise und Anmerkungen

1. ↑ Project Milo
2. ↑ Façade interactivestory.net
3. ↑ USC Institute for Creative Technologies
4. ↑ Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
5. 1 2 3 4 5 6 B. Hayes-Roth: What makes characters seem life-like? In: Life-like Characters. Tools, Affective Functions and Applications. Springer, 2003, ISBN 978-3-540-00867-5
6. ↑ ERIC (Memento des Originals vom 17. Februar 2011 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.martinstrauss.id.au the realtime commentary
7. ↑ Facial Animation System "Alfred" (Memento des Originals vom 19. November 2010 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/mm-werkstatt.informatik.uni-augsburg.de
8. ↑ Pieter Spronck, Ida Sprinkhuizen-Kuyper, Eric Postma: Enhancing the Performance of Dynamic Scripting in Computer Games In: Entertainment Computing – ICEC 2004. Springer, 2004, ISBN 978-3-540-22947-6
9. ↑ Michael Mateas, Andrew Stern: A Behaviour Language: Joint action and behavioral idioms, 2004 (PDF)
10. ↑ Michael Mateas, Andrew Stern: Facade: An Experiment in Building a Fully-Realized Interactive Drama, 2003 (PDF)
11. ↑ Jess in der englischsprachigen Wikipedia
12. ↑ Michael Kipp, Martin Strauss: ERIC: a generic rule-based framework for an affective embodied commentary agent In: Proceedings of the 7th international joint conference on Autonomous agents and multiagent systems – Volume 1, International Foundation for Autonomous Agents and Multiagent Systems, 2008, ISBN 978-0-9817381-0-9. S. 97–104
13. ↑ W. Lewis Johnson Jeff Rickel: Steve: an animated pedagogical agent for procedural training in virtual environments In: ACM SIGART Bulletin, ACM, 1997, ISSN 0163-5719. S. 16–21
14. ↑ B. Hartmann, M. Mancini, C. Pelachaud: Implementing expressive gesture synthesis for embodied conversational agents. In: Proc. of GW-2005, 2005
15. ↑ S. Kopp, I. Wachsmuth: Synthesizing multimodal utterances for conversational agents. In: Computer Animation and Virtual Worlds 15, 2004. S. 39–52
16. ↑ SAIBA (Memento des Originals vom 15. November 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.mindmakers.org
17. ↑ BML (Memento des Originals vom 15. November 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.mindmakers.org
18. ↑ SmartBody
19. ↑ M. Thiebaux, S. Marsella, A.N. Marshall, M. Kallmann: Smartbody: Behavior realization for embodied conversational agents. In: Proc. of AAMAS-2008, 2008. S. 151–158
20. ↑ BML Realizer
21. ↑ Alexis Heloir, Michael Kipp: EMBR – A Realtime Animation Engine for Interactive Embodied Agents In: IVA 2009, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. S. 393–404