1 引言

演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)（Art Performance System，APS）是服務(wù)于演出軸的光藝術(shù)呈現(xiàn)、聲藝術(shù)呈現(xiàn)、視覺藝術(shù)呈現(xiàn)、形態(tài)藝術(shù)呈現(xiàn)等子系統(tǒng)的綜合、開放、集成創(chuàng)意平臺的總稱，具有分布性、自治性、動態(tài)性、復(fù)雜性等技術(shù)特征。這里所說的集成，一是演藝呈現(xiàn)相關(guān)各個子系統(tǒng)實時運行環(huán)境的融合，即把各個子系統(tǒng)的運行環(huán)境信息采集后集中管理，進而形成演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的總體實時運行環(huán)境；二是各個子系統(tǒng)管控的演藝裝備操作維護的集成，即將各呈現(xiàn)子系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)、處理、傳輸、交換和終端呈現(xiàn)設(shè)備集成管控，以增強現(xiàn)場影音和藝術(shù)創(chuàng)意作品呈現(xiàn)和現(xiàn)場體驗效果；三是多種演藝呈現(xiàn)子系統(tǒng)的演藝信息集中管理、維護和呈現(xiàn)，這些演藝信息包括聲、光、視、械等呈現(xiàn)子系統(tǒng)中的劇目（Show）、節(jié)目（Sequence）、場景（Cue）等，按照演出集中控制或協(xié)調(diào)自治控制的方式，靈活處理、集中運行監(jiān)管。因此，演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)是一個時空分布的、動態(tài)的、復(fù)雜的系統(tǒng)，是演藝場所管理的重要組成部分。

實踐證明，傳統(tǒng)的監(jiān)管方法和技術(shù)在復(fù)雜的演藝領(lǐng)域頗顯乏力。演藝行業(yè)的特點是各個子系統(tǒng)的自治性，在一場重要的演出中往往需要各個子系統(tǒng)的人為干預(yù)，以確保演出的安全運行。而智能系統(tǒng)由于引入專家系統(tǒng)、模糊邏輯、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)，在自適應(yīng)、自組織和自學(xué)習(xí)功能的實現(xiàn)方面不單純依賴于模型，同時更加重視知識的核心作用，通過把專家的管理控制經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可利用的后發(fā)式知識，或運用機器學(xué)習(xí)等手段實現(xiàn)知識的自動獲取，從而使其在復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域展現(xiàn)優(yōu)勢。

Multi-Agent作為分布式人工智能DAI（Distributed Artificial Intelligent）的一門新技術(shù)，已成為研究熱點，并取得重要應(yīng)用成果。多智能體系統(tǒng)MAS（Multi-Agent System）主要用于一組自治智能主體之間智能行為的協(xié)調(diào)性研究，協(xié)調(diào)其知識、目標(biāo)、技巧和規(guī)劃，聯(lián)合起來采取行動或問題求解。MAS已成功應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)，如自動駕駛、高級機器人系統(tǒng)、信息檢索和高速公路等。演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的分布性、動態(tài)性、復(fù)雜性及各個子系統(tǒng)的自治性與MAS的技術(shù)特征相吻合，應(yīng)用MAS技術(shù)解決演藝呈現(xiàn)復(fù)雜集成問題完全可行，應(yīng)得到業(yè)界關(guān)注。筆者在分析演藝環(huán)境下技術(shù)裝備系統(tǒng)分級遞階結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的集散遞階體系結(jié)構(gòu)。通過引進智能Agents，建立智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)MAS模型，并對該MAS中主體的結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造方法、通信機制和協(xié)商機制進行分析。

2 演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)集散遞階體系結(jié)構(gòu)

演藝環(huán)境下的技術(shù)裝備從邏輯層次上看是典型的集散遞階結(jié)構(gòu)，如圖1所示。集散遞階系統(tǒng)的監(jiān)管邏輯采用了分組和協(xié)調(diào)的原則，通過水平（空間）分組和垂直功能分解，整個系統(tǒng)可分解為若干個完成獨立藝術(shù)呈現(xiàn)處理的子系統(tǒng)，同時把監(jiān)管控制作用分解到不同的層次上，并輔以局部的調(diào)節(jié)、處理或控制的方式，來實現(xiàn)復(fù)雜的藝術(shù)呈現(xiàn)任務(wù)和目標(biāo)。這種結(jié)構(gòu)可相對有效地解決復(fù)雜系統(tǒng)的安全可靠性問題。因此，演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的體系架構(gòu)采用集散遞階方式，并將其分為呈現(xiàn)層、管控層和設(shè)備層，具有融合、安全、便捷的特點，以吻合演藝行業(yè)應(yīng)用要求，并提升以演出作為主軸的藝術(shù)呈現(xiàn)及創(chuàng)意作品的現(xiàn)場體驗效果。從邏輯層面看，集散遞階體系包括以下各個層面內(nèi)容。

• 呈現(xiàn)層：以演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺為核心，統(tǒng)一管理和維護各個子系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)和各種演藝信息，呈現(xiàn)演藝場景編組效果。演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺與管控層的各個子系統(tǒng)管控處理單元通過以太網(wǎng)（ETHERNET）通信連接，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和調(diào)度。實際應(yīng)用時，各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)的演藝信息文件，如劇目、節(jié)目和場景的編輯、編組和運行，在排練和演出時會呈現(xiàn)不同的管理和控制方式。有的劇目是按照時間軸運行，這種方式一般采用自動時間碼（Time Code）控制方式（又稱“Show Control”），可通過演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺集中組織運行演藝文件。有些重要的演出往往需要各個子系統(tǒng)的人為干預(yù)，以確保演出的安全運行，這種方式會采用各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)自治控制方式，演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺協(xié)調(diào)運行演藝文件。

• 管控層：由各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)的管控處理單元組成，管控處理單元執(zhí)行監(jiān)管各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)所轄設(shè)備運作功能，并將各個子系統(tǒng)的實時運行環(huán)境、設(shè)備操作維護管理信息和演藝信息等上報呈現(xiàn)層的演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺，并通過以太網(wǎng)與演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺通信連接。各個管控處理單元在各個子呈現(xiàn)系統(tǒng)中的物理位置會有所不同，如聲呈現(xiàn)系統(tǒng)中，管控單元會分散在數(shù)字調(diào)音臺或DSP處理設(shè)備中，也可以是單獨的一臺管理計算機。光呈現(xiàn)子系統(tǒng)的管控單元一般在調(diào)光臺或燈控臺內(nèi)；視覺呈現(xiàn)子系統(tǒng)的管控處理單元一般置于媒體服務(wù)器或視頻制作處理核心內(nèi)；舞臺機械管控處理單元則一般在舞臺機械控制臺內(nèi)其他呈現(xiàn)子系統(tǒng)管控處理單元可在中控、管理計算機、安全服務(wù)器或監(jiān)控調(diào)度機內(nèi)等。

• 設(shè)備層：由各個子系統(tǒng)的相關(guān)受控設(shè)備組成，這些設(shè)備一般可包括調(diào)節(jié)、處理、控制、管理設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸和交換設(shè)備、呈現(xiàn)終端設(shè)備等，并依呈現(xiàn)子系統(tǒng)的不同而有所變化，例如聲呈現(xiàn)系統(tǒng)會包括現(xiàn)場拾音設(shè)備（MIC）等，視覺呈現(xiàn)子系統(tǒng)會有影音錄像和播放設(shè)備等。設(shè)備層的主要任務(wù)是呈現(xiàn)和提升現(xiàn)場對演出軸內(nèi)容的體驗效果。演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)采用集散遞階邏輯結(jié)構(gòu)具有分布性、自治性、動態(tài)性、復(fù)雜性等技術(shù)特征，配合數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的集成應(yīng)用，可滿足演藝行業(yè)“方便性、可靠性、安全性、多樣性、創(chuàng)新性、開放擴展性、兼容性、靈活性”要求。

3 智能體Agent介紹

自20世紀(jì)80年代起，智能體Agent一直是分布式人工智能研究的熱點，雖然該詞已被廣泛使用，但至今仍沒有一個公認的定義。Agent通常定義為一種“基于某種場景，并具有靈活、自主的行為能力，以滿足設(shè)計目標(biāo)的計算機系統(tǒng)”，一般指滿足如下特性的基于硬件或軟件的計算機系統(tǒng)。

• 自主性（Autonomy）：Agent 的運行無需人工或其他Agent的直接干預(yù)，并能對其自身行為及內(nèi)部狀態(tài)進行某種控制。

• 社會性（Social Ability）：能通過某種Agent通信語言與其他Agent（也可能是人類） 進行交互。交互主要有三種類型: 協(xié)作（Cooperatio n） 、協(xié)調(diào)（Coordination）和協(xié)商（Negotiation）。

• 反應(yīng)性（Reactivity）：能感知它們的環(huán)境（可以是物理世界、一個經(jīng)特定用戶接口連接的用戶、一系列其他Agent 、Internet或所有這些的組合），并能對環(huán)境的變化及時做出反應(yīng)。

• 主動性（Proactivity）：Agent不但能對環(huán)境做出反應(yīng)，而且能夠積極主動地做出使其目標(biāo)得以實現(xiàn)的行為。

Agent還被定義為：除滿足上述所有特性外，還具有通常應(yīng)用于人類的心智化（Mentalizing）概念，如知識（Knowledge）、信念（Belief）、意圖（Intention）和義務(wù)（Obligation），甚至具有情感（Emotion）因素的計算機系統(tǒng)。此外，許多學(xué)者還提出Agent具有場景性、靈活性、移動性、誠實性、友好性、理性、長壽性、自適應(yīng)性的特性。

多Agent系統(tǒng)（MAS）是指由多個自治智能主體組成的合作系統(tǒng)。它是一個松散耦合的問題求解器網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是為了解決那些超出每個問題求解器的單獨能力或知識的問題。這些問題求解器就是Agent ，它們是自主的，并可能是異構(gòu)的（Heterogeneous）。要深刻理解Agent 及多Agent 系統(tǒng)的概念，必須將它們與對象、過程控制系統(tǒng)、軟件“精靈”和分布式問題求解等概念區(qū)分開來。多智能體系統(tǒng)（MAS）研究重點在于一組自治智能主體之間智能行為的協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)它們的知識、目標(biāo)、技巧和規(guī)劃，聯(lián)合起來采取行動或問題求解。

演藝行業(yè)的特點是各個子系統(tǒng)的分布性和自治性，一場重要的演出往往需要多個子呈現(xiàn)系統(tǒng)的人為干預(yù)，以確保演出的安全運行。實踐表明，演藝呈現(xiàn)這類復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域需要探索新的智能方法，解決安全融合、集成呈現(xiàn)和實時監(jiān)管的問題，而MAS由于引入人工智能技術(shù)，在自適應(yīng)、自組織和自學(xué)習(xí)功能的實現(xiàn)上不單純依賴于模型，可很好地適應(yīng)演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的分布和自治的技術(shù)要求，從而使其在演藝呈現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)勢。

4 演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的MAS建模

演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)采用集散遞階結(jié)構(gòu)，完成以下三大主要功能：

• 以開放標(biāo)準(zhǔn)安全平臺，融合演藝相關(guān)子系統(tǒng)，包括融合各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)的實時運行環(huán)境參數(shù)、設(shè)備操作維護管理信息和演藝信息等；

• 引進智能化技術(shù)，呈現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”服務(wù)內(nèi)涵，實現(xiàn)靈活便捷的智能演藝文件運行管理，增強現(xiàn)場監(jiān)管效果；

• 借助網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化手段，融合異種協(xié)議集成網(wǎng)絡(luò)通訊接口以及多種管控方式，優(yōu)化演藝環(huán)境下的技術(shù)裝備集成，更好地服務(wù)于演出實現(xiàn)及演出安全。要實現(xiàn)演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)融合、安全、便捷的功能要求，則需要建立演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的多智能體模型，其首要任務(wù)是將演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的各功能模塊轉(zhuǎn)化成有獨立功能的自主智能體，并根據(jù)各自智能體所完成的功能不同，分別建立各智能體的功能結(jié)構(gòu)。根據(jù)多智能體理論和上述對演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)集散遞階體系結(jié)構(gòu)分析，筆者提出基于Multi-Agent的智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見圖2。

在圖2的智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)中，多個Agent形成一個有組織、有序的群體，共同工作在“環(huán)境”中，它們的組織性和有序性體現(xiàn)在：呈現(xiàn)層的三個不同Agent（組織Agent、協(xié)調(diào)Agent和安全Agent）管理管控層的若干個管控Agent；各個管控Agent管理各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)的演藝呈現(xiàn)對象和運行環(huán)境。這種組織結(jié)構(gòu)類似于人的群體組織，由領(lǐng)導(dǎo)和被領(lǐng)導(dǎo)者分工協(xié)作、共同完成特定的任務(wù)。組織Agent是在不需要人為干預(yù)的演出場合，比如完成按照時間碼（Time Code）運行各演藝文件的秀場演出，組織協(xié)調(diào)各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)自動運行的呈現(xiàn)層智能體；協(xié)調(diào)Agent是在需要人為干預(yù)的重要演出場合，協(xié)調(diào)各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)的自治運行方式的呈現(xiàn)層智能體；安全Agent則是基于整個演藝系統(tǒng)融合環(huán)境下安全管理和協(xié)調(diào)的呈現(xiàn)層智能體，還與呈現(xiàn)層的組織Agent和協(xié)調(diào)Agent保持密切關(guān)聯(lián)，便于全面安全管理和協(xié)調(diào)。各個管控Agent根據(jù)各個子系統(tǒng)的當(dāng)前運行狀態(tài)和環(huán)境信息，有選擇地執(zhí)行呈現(xiàn)層智能體的操控指令，其中組織Agent和協(xié)調(diào)Agent的指令對于管控Agent而言是互斥的，即同一時刻管控Agent不能同時執(zhí)行組織Agent和協(xié)調(diào)Agent指令。每個Agent都處于環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境信息完成各自承擔(dān)的工作。同時，MAS也作用于環(huán)境，如該控制系統(tǒng)通過智能人機界面和人進行交互。此外，這種MAS設(shè)計也為未來的演藝場所智能升級保留接口，如Agent可與其他類似的 Agent系統(tǒng)（如舞臺經(jīng)營管理MAS）進行交互，構(gòu)成更高級的有序的MAS。演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的MAS中，Agent采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3中“環(huán)境”是廣義的，可以是外部世界，也可以是被控對象，甚至是人。感知器通過RDM等協(xié)議接收環(huán)境信息，并進行預(yù)處理和特征辨識，如果感知到的是簡單的或緊急的情況，則信息被送到反射器。反射器對傳入的信息立即做出決定，并將動作命令送給執(zhí)行器，由執(zhí)行器采取相應(yīng)的動作。如果感知到復(fù)雜的或允許相對充裕的時間進行處理的情況，則信息被送到建模模塊進行分析。建模模塊中包含主體對環(huán)境和其他主體所建立的模型，根據(jù)模型和當(dāng)前感知的情況可以對短期的情況做出預(yù)測，進而提出相應(yīng)的對策給決策模塊。同時，其他Agent可通過通信模塊對其未來的行動提出請求，規(guī)劃器預(yù)先對其行動做出規(guī)劃，由決策模塊決定其采取的相應(yīng)動作。

5 MAS中Agent的實現(xiàn)技術(shù)

智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的MAS中，各層的Agent是不同的，主要體現(xiàn)在“智能隨層次的升高而增強，精度隨層次的降低而提高”。而同層的Agent也是不同的，主要體現(xiàn)在各個呈現(xiàn)子系統(tǒng)面臨各自復(fù)雜的運行環(huán)境，各子呈現(xiàn)系統(tǒng)的管控Agent在進行判斷時需要整個演藝運行環(huán)境信息，而這些演藝運行環(huán)境信息是通過規(guī)范化的開放演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺，融合各個子系統(tǒng)的環(huán)境信息來實現(xiàn)的，如圖4。圖中演藝呈現(xiàn)環(huán)境融合了各個子呈現(xiàn)系統(tǒng)的運行環(huán)境信息、設(shè)備操作維護信息和演藝信息等內(nèi)容。如果從Agent的功能結(jié)構(gòu)上抽象出來，各Agent之間的不同在于它們的決策策略、可實現(xiàn)動作和知識的表示方法等。同時，各Agent也有一些相同的特性，如通信方式、執(zhí)行機、心智狀態(tài)（mental state）的表示等。因此，在構(gòu)造Agent時，通過對不同部分的分離，可以定義一個對所有Agent都相同的內(nèi)核結(jié)構(gòu)（Agent kernel structure）。在主體內(nèi)核上定義一個接口，使得各層次Agent不同的決策方法、功能模塊等可以方便地聯(lián)接到主體內(nèi)核，如圖5中對主體內(nèi)核作了形象說明。

每個Agent由一個通用的主體內(nèi)核（Agent kernel）和許多功能模塊（Function modules）構(gòu)成。主體內(nèi)核由內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲、信箱、黑板、處理機等部分組成。其中，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲中包含主體自身的信息、目標(biāo)集合、融合環(huán)境模型等信息；信箱提供主體和環(huán)境以及其他主體的通信；黑板提供主體內(nèi)部各個功能模塊之間的通信；處理機則完成消息分派、功能模塊的執(zhí)行控制等。各個功能模塊都是相對獨立的實體，由處理機啟動后即完全并行執(zhí)行，通過黑板協(xié)調(diào)工作。

利用此方法，可以方便地構(gòu)造智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)MAS中復(fù)合式結(jié)構(gòu)的Agent，感知、反射、通信、建模、規(guī)劃、決策生成等都以功能模塊的形式加入主體中。通信是協(xié)作的基礎(chǔ)，用多主體系統(tǒng)進行復(fù)雜演藝呈現(xiàn)監(jiān)管時，集成在演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)平臺中的主體必須能通過某種主體通信語言來實現(xiàn)彼此通信和協(xié)作。主體通信主要涉及通信方式和通信語言兩個問題。智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)MAS中Agent間通信采用基于消息（Message）的通信方式，由RFC6455/HTTPS進行安全封裝。

智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)MAS中，協(xié)作是系統(tǒng)設(shè)計的難點與重點，各Agent只有通過相互協(xié)作才能實現(xiàn)以下目的：

• 通過并行性提高完成任務(wù)的效率；

• 通過共享資源（信息、專家知識、設(shè)備等）擴大完成任務(wù)的能力范圍；

• 使用不同的方法去完成任務(wù)，提高任務(wù)完成的可靠性；

• 通過避免任務(wù)間有害的相互作用減少任務(wù)間的沖突。因此，建立具有協(xié)作技術(shù)的MAS是提高智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)整體性能的重要手段。

多智能體協(xié)作技術(shù)的一個重要方面是多智能體協(xié)作模型。從多智能體協(xié)作機制建模的發(fā)展過程來看，以邏輯推理的形式化建模的方法和以決策理論和動態(tài)規(guī)劃為基礎(chǔ)的建模方法正在逐漸融合，二者都強調(diào)智能體的理性作用，而決策論是產(chǎn)生這種融合的媒介。適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，從不同角度產(chǎn)生過多種不同類型的多智能體模型和應(yīng)用系統(tǒng)，這些模型包括：理性智能體的BDI模型、協(xié)商模型、協(xié)作規(guī)劃模型和自協(xié)調(diào)模型。其中，自協(xié)調(diào)模型可適應(yīng)復(fù)雜演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)實時監(jiān)管和優(yōu)化，其方法可借鑒用于建立智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)中的Agent協(xié)作模型。

節(jié)選自《演藝科技》2016年第十一期侯春海，周寶寧，周其麟《基于Multi-Agent的智能演藝呈現(xiàn)系統(tǒng)》。