第3期 2022/03/31
好看的皮囊、有趣的靈魂，虛擬人：我都要！
在一個(gè)嬰兒呱呱墜地之前，他/她的胚胎在母體的四十周時(shí)間里，會(huì)先發(fā)育出大腦雛形，緊接著心臟開始跳動(dòng)，直至四肢長成、五官成型；在開口叫出第一聲“媽媽”之前，他/她會(huì)用面部表情和肢體動(dòng)作（主要是哭和笑）表達(dá)需求；通常情況下，他/她會(huì)在1-2歲學(xué)會(huì)說話和行走，然后在更往后的時(shí)間里接受教育，不斷拓展自己的知識(shí)體系和專業(yè)技能……
創(chuàng)造一個(gè)數(shù)字虛擬人，如同對(duì)以上這些“人類特征”進(jìn)行模塊化拆解和組裝的過程——他/她會(huì)擁有一個(gè)形象，會(huì)學(xué)會(huì)一種或多種語言，會(huì)用表情和肢體進(jìn)行表達(dá)，會(huì)具備“一技之長”，也可能會(huì)被賦予特定的人設(shè)。
如果說，是細(xì)胞的分裂、生長和分化帶來了前一種變化；那么，讓后一種情況得以“照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”的，無疑是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、演化和躍遷。
越來越多的虛擬人正在加入并且開始影響人類的生活。畢業(yè)于清華大學(xué)的學(xué)霸華智冰，走在時(shí)尚尖端的Ayayi，混跡娛樂圈的洛天依，一夜爆紅的柳夜熙，還有被認(rèn)為是虛擬人技術(shù)天花板的財(cái)經(jīng)AI主播N小黑等等。
他們?nèi)?ldquo;聲形并茂”，當(dāng)然也各有所長。這種相通性和不同點(diǎn)，主要源自三個(gè)基本特征的“定位”差異，即——外觀、行為和思想。這三個(gè)特征的背后是大量技術(shù)棧的支撐，涉及眾多的領(lǐng)域，包括圖形識(shí)別、視覺技術(shù)、3D建模、CG渲染、動(dòng)作捕捉、人工智能、計(jì)算機(jī)語音技術(shù)、自然語言處理等等。而一個(gè)虛擬人，一般情況下會(huì)由人物形象、語音生成、動(dòng)畫生成、音視頻合成顯示、交互等五個(gè)模塊構(gòu)成。（參考《2020年虛擬數(shù)字人發(fā)展白皮書》）
下面，我們將圍繞虛擬人的三個(gè)特征和五個(gè)模塊維度，拆解其制作過程中所需的技術(shù)與工具。
外觀：創(chuàng)建一副好看的“皮囊”
外觀形象的重要性在于，它是我們進(jìn)行印象刻畫和身份識(shí)別的最重要參照。所以在創(chuàng)造一個(gè)虛擬人時(shí)，第一步通常也需要先進(jìn)行形象設(shè)計(jì)和建模，然后再結(jié)合渲染引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)人物模型的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)呈現(xiàn)形式，它有2D和3D兩大類，其中3D是目前也是往后虛擬人的主流形象。
3D人物形象的生成過程，涉及的一個(gè)核心技術(shù)是3D建模。它指的是利用三維制作軟件通過虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)模型的過程，目前已經(jīng)在工業(yè)、電影等領(lǐng)域廣為使用，而早期虛擬人（主要用于工業(yè)電影）的構(gòu)建大多使用的也是這一技術(shù)。我們非常熟悉的《阿凡達(dá)》（Avatar）電影中的角色特效，主要就是基于3D建模+CG（計(jì)算機(jī)動(dòng)畫）實(shí)現(xiàn)的。
但是，隨著近年來虛擬人制作需求量的增加，3D建模的缺點(diǎn)開始顯現(xiàn)出來。舉例來說，它生成的往往是一個(gè)靜態(tài)模型，在綁定關(guān)鍵點(diǎn)之后，需要借助真人（中之人）通過動(dòng)作捕捉設(shè)備進(jìn)行形體、眼神、動(dòng)作等的捕捉，然后才能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和渲染——在虛擬人技術(shù)類別中，這被劃分為“真人驅(qū)動(dòng)型”虛擬人。一般而言，它的生產(chǎn)周期更長，成本也比較高。
與之對(duì)應(yīng)的是“算法驅(qū)動(dòng)型”虛擬人。它基于的是深度學(xué)習(xí)模型的三維場景表達(dá)和對(duì)應(yīng)的神經(jīng)渲染管線，可以自驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)模特說話時(shí)的唇動(dòng)、表情、語音，以及姿態(tài)和動(dòng)作等等，不僅無需真人參與，還可以實(shí)現(xiàn)更快速的渲染，降低制作成本。所以，這種技術(shù)方法可以繞過傳統(tǒng)3D建模的一些缺點(diǎn)，更適用于虛擬人的規(guī)模化制作。
目前來看，兩種技術(shù)路線各有優(yōu)劣，當(dāng)紅的虛擬人中既有“真人驅(qū)動(dòng)型”的，也有“算法驅(qū)動(dòng)型”的。而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，算法、算力和數(shù)據(jù)的日趨完備，以及虛擬人應(yīng)用普及化時(shí)代的到來，相信越來越多的公司會(huì)鎖定后一個(gè)“賽場”。
其中，非常典型的一個(gè)代表是華智冰、N小黑的“締造者”小冰公司——二者都是通過小冰框架的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)渲染技術(shù)（XNR）生成的。這種技術(shù)路徑選擇與特定的應(yīng)用場景有一定的關(guān)系。
虛擬AI主播“N小黑”
以N小黑為例，他的背后是24小時(shí)不間斷的內(nèi)容生產(chǎn)和直播，如果使用3D建模的方法做一個(gè)15秒的片子，可能需要長達(dá)數(shù)月時(shí)間，顯然無法支持這一場景的實(shí)現(xiàn)；但是基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整個(gè)過程是全自動(dòng)化并且實(shí)時(shí)的，一邊輸入文本，另一邊的人就能動(dòng)起來。
當(dāng)然，這種方法更適用于單一場景，比如N小黑的主要工作是財(cái)經(jīng)主播，如果突然要讓他去表演太極拳，可能就無法立即實(shí)現(xiàn)。針對(duì)這種需求，尤其是工業(yè)電影的使用場景，3D建模可能更為合適。
行為：無限趨近人類的自然表達(dá)
除了時(shí)間、成本以及應(yīng)用場景方面的差異，還值得強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，相較于傳統(tǒng)3D建模技術(shù)通過貼片增加細(xì)節(jié)的方式，由算法驅(qū)動(dòng)生成的虛擬人通過對(duì)真人細(xì)節(jié)的“學(xué)習(xí)”和“模仿”，在逼真度和自然度的表現(xiàn)也要更好一些。這會(huì)進(jìn)一步影響虛擬人的下一個(gè)特征——行為。
虛擬人的行為能力中主要包括了面部表情、肢體動(dòng)作以及語言，涉及動(dòng)畫生成模塊和語音生成模塊。其中，面部表情是人類表達(dá)情緒的第一道“密碼”。但是，早期的虛擬人大多是標(biāo)準(zhǔn)的“微笑營業(yè)臉”，即便可以做出其它表情也顯得相當(dāng)僵硬。
按照前文所說，算法驅(qū)動(dòng)可以在很大程度上解決這個(gè)問題。比如今年初Unity收購的Ziva Dynamics就是一家精通復(fù)雜模擬與模型變形、機(jī)器學(xué)習(xí)與實(shí)時(shí)角色創(chuàng)作的企業(yè)。雙方共同創(chuàng)建的名為Emma的數(shù)字人就是由機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的，她的模型使用了超過30TB的4D數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，可以呈現(xiàn)出超過 72000個(gè)訓(xùn)練好的肌肉形狀，讓她的面部表情高度逼真且極具情感。
數(shù)字人Emma
顯然，這并不是單技術(shù)或者單學(xué)科的成果，而是跨學(xué)科的“藝術(shù)”呈現(xiàn)。引用Emma對(duì)自己的介紹，“這是結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和生物力學(xué)尖端技術(shù)的成果。而它將從根本上改變制作人類角色的方式。”
肢體動(dòng)作的表達(dá)也是同理。想要讓虛擬人根據(jù)表達(dá)的內(nèi)容和情緒流暢地切換狀態(tài)，背后需要更豐富的AI機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)能力，以及生物科學(xué)的支持。只有當(dāng)算法模型中積累了大量真人表情、肢體表達(dá)的數(shù)據(jù)之后，才能讓虛擬人像真人無限趨近。
好看的皮囊靠“顏”，有趣的靈魂靠“言”。和表情和動(dòng)作相比，語言是更直接的表達(dá)方式，也是溝通交流的主要通道。而教虛擬人“說話”這件事本身并不算難，基于語音合成技術(shù)（TTS），將文本轉(zhuǎn)化為語音，再利用上面所說的各種驅(qū)動(dòng)模型生成對(duì)應(yīng)的唇動(dòng)、口型、表情，加上自然語言處理（NLP）能力，就能渲染出符合多數(shù)場景使用的虛擬人語言交互畫面。并且，和人類掌握語言的方式不同，借助于自然語言處理技術(shù)，虛擬人還可以更輕松地學(xué)習(xí)各種不同的語言，做到多語種的輸出。
但是，讓虛擬人“自然交流”卻是更有難度的。在人類世界，這種情感識(shí)別能力與“情商”有關(guān)，而在虛擬人世界，這與其“思想”有關(guān)。
思想：賦予知識(shí)與靈魂
一般來說，當(dāng)一個(gè)虛擬人具有能夠識(shí)別外界，并且能與人進(jìn)行自然交互的能力，就可以理解為他/她被賦予了“思想”（虛擬人分交互型與非交互型兩種，以下內(nèi)容主要以交互型為例）。
我們顯然不希望在跟虛擬人對(duì)話時(shí)，常常得到答非所問的反饋，也不喜歡跟一個(gè)三五番來回就變成話題終結(jié)者的虛擬人多費(fèi)口舌。于是，多模態(tài)交互能力在虛擬人世界中“卷”了起來——這背后涉及的是交互模塊的調(diào)用，是智能化技術(shù)水平的體現(xiàn)，是復(fù)雜的算法模型的支持。
還以一直主打共情、共感能力的小冰為例：據(jù)了解，小冰框架用于產(chǎn)生回復(fù)的模型綜合了檢索模型、生成模型、共感模型，以及對(duì)話引導(dǎo)模型，由此可以生成具有共感策略的回復(fù)，形成較為完善的對(duì)話目的性和邏輯性。就像是兩個(gè)人在聊天，可能有“廢話”，可能會(huì)話趕話，但不是笨拙的、機(jī)械的問與答。
另外，一個(gè)有“靈魂”的虛擬人，其“思想”的個(gè)性化定制，會(huì)根據(jù)應(yīng)用場景、類型劃分、人設(shè)定位進(jìn)行設(shè)定，主要受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和模型的影響。
比如，同屬于百度的數(shù)字人矩陣，百度AI手語主播的訓(xùn)練數(shù)據(jù)是大量的自然手語語料庫，不僅需要結(jié)合視覺識(shí)別技術(shù)的支持，同時(shí)，還需要ASR語音識(shí)別模型、手語翻譯模型、動(dòng)作生成模型的支持；其它服務(wù)型數(shù)字人的知識(shí)“專業(yè)性”則更強(qiáng)，例如針對(duì)浦發(fā)銀行推出的數(shù)字人“小浦”，訓(xùn)練數(shù)據(jù)是金融業(yè)務(wù)語料，而針對(duì)中國聯(lián)通推出的數(shù)字人“小U”，訓(xùn)練數(shù)據(jù)則是通信業(yè)務(wù)語料。
央視新聞AI手語主播
當(dāng)然，有的虛擬人不僅具備“專業(yè)技能”，還有更廣泛的知識(shí)體系。“AI畫家”夏語冰也擁有天籟之音；Ayayi不僅是時(shí)尚代言人還在成為數(shù)字策展人、潮牌主理人——最終，虛擬人就像人類一樣可能是多才多藝的，他們與人類的交互也無疑是多模態(tài)的，方式上涉及文字、語音、視覺、動(dòng)作、環(huán)境等多種感官，時(shí)間上則更要求實(shí)時(shí)，過高的延時(shí)反饋可能會(huì)變得難以容忍。
音視頻合成顯示模塊的作用是把語音和動(dòng)畫合成視頻之后呈現(xiàn)給用戶，這個(gè)過程依賴于底層算力的支持。只有足夠的算力，才能讓超寫實(shí)人物的實(shí)時(shí)渲染、復(fù)雜的人機(jī)對(duì)話，以及高門檻的專業(yè)知識(shí)賦能具備可行性。比如，基于超強(qiáng)的GPU渲染和AI算力能力，英偉達(dá)長期以來一直在加速圖形渲染的效率，在去年，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)高清3D的實(shí)時(shí)渲染。
技術(shù)進(jìn)階，未來可期
無疑，技術(shù)的發(fā)展正在不斷彌合虛擬人的“能力缺口”，拉近虛擬人與人類的距離。隨著各類應(yīng)用需求的廣泛衍生，虛擬人將加快步入高速發(fā)展階段。
按照元宇宙的構(gòu)想，在未來世界，每個(gè)人都會(huì)擁有至少一個(gè)虛擬人。技術(shù)進(jìn)階，正在讓這一切發(fā)生，讓虛擬人的外觀更逼真、行為更靈動(dòng)、思想更豐富，當(dāng)然，也讓我們對(duì)未來充滿想象和期待。
本文章選自《AI啟示錄》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請(qǐng)掃描下方二維碼
