[논문]인간 친화 로봇의 다양한 복합 감정 표현을 위한 다차원 복합 감정 모델 설계

안호석; 최진영

인간 친화 로봇의 다양한 복합 감정 표현을 위한 다차원 복합 감정 모델 설계
Multi-Dimensional Complex Emotional Model for Various Complex Emotional Expression using Human Friendly Robot System 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.4 no.3, 2009년, pp.210 - 217

안호석 (서울대학교 전기.컴퓨터공학부) , 최진영 (서울대학교 전기.컴퓨터공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces a design of multi-dimensional complex emotional model for various complex emotional expression. It is a novel approach to design an emotional model by comparison with conventional emotional model which used a three-dimensional emotional space with some problems; the discontinuity of emotions, the simple emotional expression, and the necessity of re-designing the emotional model for each robot. To solve these problems, we have designed an emotional model. It uses a multi-dimensional emotional space for the continuity of emotion. A linear model design is used for reusability of the emotional model. It has the personality for various emotional results although it gets same inputs. To demonstrate the effectiveness of our model, we have tested with a human friendly robot.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 기존 감정 모델이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위하여 복합 감정 모델을 설계했다. 대부분의 기존 감정 모델에서 사용하는 3차원 감정 공간은 동시에 여러 감정이 존재하지 못한다는 문제점 때문에 감정의 지속성을 가지지 못했다.
본 논문에서는 인간 친화 로봇에서 다양한 복합 감정을 표현할 수 있는 다차원 복합 감정 모델을 설계한다. 다차원 복합 감정 모델은 기존 연구에서 제안한 선형 동적 시스템 기반의 감정 기반 행동 결정 모델^[15]을 기반으로 설계한다.

제안 방법

이희승은 놀람, 화남, 슬픔을 세 축으로 가지는 선형 정서 공간 모델을 설계했다^[6-9]. 그리고 기쁨, 혐오, 공포를 포함한 여섯 가지 감정을 감정 공간에 배치했다. 이 연구에서도 위의 두 연구와 같이 최종적으로 하나의 감정을 선택한다.
복합 감정 공간은 감정 모델의 모든 상태 값을 동시에 가질 수 있을 뿐만 아니라 지속적으로 유지되어 상호 영향을 미칠 수 있다. 그리고 서비스 로봇의 종류와 목적에 따라서 재설계 없이 적용 가능한 범용성을 갖추기 위하여 선형 동적 시스템으로 설계한다. 이 과정에서 성격은 모든 구성요소의 계산에 반영되며, 성격에 따라서 다른 감정 및 행동 생성이 달라질 수 있다.
복합 감정 공간은 감정 모델을 이루고 있는 모든 작용 과정에 적용하기 때문에 감정뿐 만 아니라 감정 프로세스 이전의 모든 작용에 대해서도 동일한 효과를 가져올 수 있다. 또한 사람이 같은 상황에서도 각각 다른 감정 및 행동을 가질 수 있는 것이 사람마다 성격이 다르기 때문이라는 것을 이용하여 로봇의 감정 생성 과정에도 성격을 도입했다. 제안된 감정 모델은 기존 연구를 이용하여 선형 시스템으로 설계했으며, 실험을 위한 감정 요소의 변경을 쉽게 할 수 있었다.
이 과정에서 성격은 모든 구성요소의 계산에 반영되며, 성격에 따라서 다른 감정 및 행동 생성이 달라질 수 있다. 설계한 감정 모델의 성능을 검증하기 위하여 3D 캐릭터 기반의 헤드 로봇 시스템을 이용하여 복합 감정을 표현한다. 2장에서는 3차원 감정 공간 모델의 한계점을 극복할 수 있는 다차원 복합 감정 모델을 설계하고, 3장에서는 실험을 위한 인간 친화 로봇을 설명한다.
제안된 감정 모델을 실험하기 위하여 3D 캐릭터 기반의 헤드 로봇을 구현했다. 실험은 시나리오 기반으로 진행했으며, 동시에 하나의 감정만 가지는 3차원 감정 공간 모델과 동시에 모든 감정을 가지는 복합 감정 공간 모델의 결과를 비교했다. 실험 결과, 본 논문에서 제안한 감정 모델은 기존 모델이 생성하지 못했던 복합 감정을 생성했으며, 이를 감정 로봇 시스템에 실험한 결과 더욱 다양한 감정을 생성함을 확인했다.
대부분의 기존 감정 모델에서 사용하는 3차원 감정 공간은 동시에 여러 감정이 존재하지 못한다는 문제점 때문에 감정의 지속성을 가지지 못했다. 이 문제를 해결하기 위하여 다차원 복합 감정 모델을 설계했으며, 동시에 여러 감정이 존재하며, 상호 영향을 받음으로써 복합 행동 생성에 영향을 줄 수 있는 복합 감정 공간을 적용한다. 복합 감정 공간은 감정 모델을 이루고 있는 모든 작용 과정에 적용하기 때문에 감정뿐 만 아니라 감정 프로세스 이전의 모든 작용에 대해서도 동일한 효과를 가져올 수 있다.
3D 캐릭터 기반의 감정 로봇에 설치되어 있는 3D 캐릭터 클라이언트를 통해서 감정 및 립싱크를 표현한다. 이 시스템은 다섯 가지 감정 요소와 다섯 가지 모음 요소의 조합을 이용하여 얼굴 표현을 보여준다. 각 감정 요소 별로 가중치를 달리 두어서 원하는 상태의 표정을 만들 수 있으며, 모음을 조합하여 입술 모양과 입이 벌어진 정도를 조절할 수 있다.
그리고 놀람은 행복함에 비해 지속 시간이 짧지만 반응 속도가 빠르기 때문에 감정이 빠르게 증감한다. 이와 같이 모든 감정 요소는 각각의 특성이 있으며, 이를 반영하는 모델을 설계한다.
제안된 감정 모델을 실험하기 위하여 3D 캐릭터 기반의 헤드 로봇을 구현했다. 실험은 시나리오 기반으로 진행했으며, 동시에 하나의 감정만 가지는 3차원 감정 공간 모델과 동시에 모든 감정을 가지는 복합 감정 공간 모델의 결과를 비교했다.
반면 다차원 복합 감정 모델은 동시에 모든 감정 요소의 값을 유지하기 때문에 복합적인 감정의 표현이 가능하다. 하나의 감정만 가지는 모델과 여러 감정을 동시에 가지는 모델의 비교를 위하여 다음과 같은 시나리오를 기반으로 실험을 진행했다.

대상 데이터

2장에서 설명한 다차원 복합 감정 모델을 3장에서 설명한 다양한 인간 친화 로봇을 이용하여 실험을 진행한다. 기존 감정 모델에서 많이 사용하는 3차원 감정 공간 모델은 동시에 여러 감정을 가질 수 없고, 하나의 감정만 선택된다.

이론/모형

본 논문에서는 인간 친화 로봇에서 다양한 복합 감정을 표현할 수 있는 다차원 복합 감정 모델을 설계한다. 다차원 복합 감정 모델은 기존 연구에서 제안한 선형 동적 시스템 기반의 감정 기반 행동 결정 모델^[15]을 기반으로 설계한다. 감정 모델의 각 요소는 기존 모델에서 많이 사용하는 3차원 감정 공간 대신 복합 감정 공간을 사용한다.

성능/효과

그림 7은 3차원 감정 공간 모델의 감정 작용 결과이며, 그림 8은 다차원 복합 감정 모델의 감정 작용 결과이다. 실험 결과, 3차원 감정 공간 모델의 감정은 입력에 따라 급격한 반응을 보이고, 한번에 하나의 감정만을 가진다. 반면, 다차원 복합 감정 모델은 입력에 대해서 감정이 급격하게 변화를 일으키지 않으며, 모든 감정 그래프가 부드러운 감정의 변화를 보임을 알 수 있다.
실험은 시나리오 기반으로 진행했으며, 동시에 하나의 감정만 가지는 3차원 감정 공간 모델과 동시에 모든 감정을 가지는 복합 감정 공간 모델의 결과를 비교했다. 실험 결과, 본 논문에서 제안한 감정 모델은 기존 모델이 생성하지 못했던 복합 감정을 생성했으며, 이를 감정 로봇 시스템에 실험한 결과 더욱 다양한 감정을 생성함을 확인했다. 다차원 복합 감정 모델은 로봇뿐 만아니라 형태에 관계없이 다양한 플랫폼에 적용 가능한 모델이므로 사람과의 감성 기반 의사소통을 위한 모든 시스템에 적용한다면 더욱 효과적인 시스템이 될 수 있다.
또한 사람이 같은 상황에서도 각각 다른 감정 및 행동을 가질 수 있는 것이 사람마다 성격이 다르기 때문이라는 것을 이용하여 로봇의 감정 생성 과정에도 성격을 도입했다. 제안된 감정 모델은 기존 연구를 이용하여 선형 시스템으로 설계했으며, 실험을 위한 감정 요소의 변경을 쉽게 할 수 있었다.
반면, 다차원 복합 감정 모델은 다양한 감정 상태 값을 이용하여 복합 감정을 표현하기 위한 행동을 생성했다. 최종 행동은 이전 행동과 복합 감정, 무의식적인 반응을 모두 반영한 결과이며, 3차원 감정 공간 모델과 비교했을 때, 여러 감정이 복합적으로 영향을 미쳤음을 알 수 있다.

후속연구

다차원 복합 감정 모델은 로봇뿐 만아니라 형태에 관계없이 다양한 플랫폼에 적용 가능한 모델이므로 사람과의 감성 기반 의사소통을 위한 모든 시스템에 적용한다면 더욱 효과적인 시스템이 될 수 있다. 향후에는 외부 자극 없이 내부적인 변화만으로도 다양한 감정 생성이 가능한 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인공 감정 시스템의 역할은?	인공 감정 시스템은 로봇이 인간과의 친밀한 상호 교감을 가능하게 해주는 역할을 하기 때문에 인간 친화 로봇을 위하여 중요한 요소이다. 이를 위하여 기존 연구에서는 다양한 감정 모델을 설계했으며, 감정의 생성을 위하여 3차원 감정 공간 모델을 가장 많이 사용한다[1-9].
	감정의 생성을 위하여 가장 많이 사용하는 모델은?	인공 감정 시스템은 로봇이 인간과의 친밀한 상호 교감을 가능하게 해주는 역할을 하기 때문에 인간 친화 로봇을 위하여 중요한 요소이다. 이를 위하여 기존 연구에서는 다양한 감정 모델을 설계했으며, 감정의 생성을 위하여 3차원 감정 공간 모델을 가장 많이 사용한다[1-9]. 3차원 감정 공간은 성격의 요소를 세 가지로 구분하고, 각 축의 특징에 따라서 감정을 3차원 감정 공간에 배치한다.
	Breazeal이 설계한, 주목의 요소인 Arousal과 긍정/부정의 요소인 Valence, 개방적인 요소인 Stance의 세 가지 축을 이루고 있는 감정 상태 공간은 무엇인가?	Breazeal은 주목의 요소인 Arousal과 긍정/부정의 요소인 Valence, 개방적인 요소인 Stance의 세 가지 축을 이루고있는 감정 상태 공간을 설계했다[1]. Kismet이라는 로봇이 외부 자극을 입력으로 받으면, 감정 모델은 이들을 하나의 감정 벡터에 반영하여 벡터의 크기와 방향을 결정한다. 그리고 최종적으로 벡터가 가리키는 공간이 감정으로 선택된다. Miwa는 Breazeal의 3차원 감정 상태 공간과 비슷하게 Activation과 Pleasantness, Certainty의 세 가지 축으로 구성된 3차원 감정 공간 모델을 설계했으며, 일곱 가지의 감정을 감정 공간에 배치했다[2].

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상세보기
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